NASA planeja lançar primeiro reator nuclear para impulsionar nave espacial em direção a Marte

A NASA planeja lançar, no final de 2028, o Space Reactor 1 (SR-1) Freedom, o primeiro reator nuclear da agência projetado para impulsionar uma nave espacial em trajetória interplanetária rumo a Marte. Diferente de missões anteriores, como as sondas Voyager, Curiosity e Perseverance — que utilizavam sistemas radioisotópicos de plutônio-238 para funcionar como baterias de longa duração —, o SR-1 operará por meio de uma reação em cadeia controlada de fissão nuclear.

Funcionamento e tecnologia do SR-1

O reator baseia-se na divisão de átomos de urânio-235 para gerar eletricidade, que posteriormente alimenta propulsores elétricos. O sistema não utiliza a propulsão térmica nuclear (aquecimento direto do propelente), mas sim propulsores de efeito Hall. Estes ionizam um gás, geralmente o xenônio, e utilizam campos elétricos para acelerar os íons, proporcionando maior impulso por unidade de massa do que os foguetes químicos convencionais.

Para a operação, o SR-1 utiliza o dióxido de urânio com baixo enriquecimento (HALEU). Este combustível possui um nível de enriquecimento intermediário, superior ao civil e inferior ao militar, o que permite a construção de um núcleo menor e mitiga riscos de segurança e proliferação. A potência de projeto é de aproximadamente 20 quilowatts de eletricidade.

A conversão de calor em energia ocorre via ciclo Brayton fechado, eliminando a necessidade de água e vapor, elementos impraticáveis em ambiente de gravidade zero. Para a segurança da missão, a estrutura foi desenhada da seguinte forma:

• Blindagem: Estruturas de carboneto de boro circundam o reator para absorver nêutrons.
• Isolamento: O reator fica em uma extremidade de uma estrutura reticular, mantendo a distância máxima entre a radiação e os componentes eletrônicos, situados na extremidade oposta.

Vantagens da energia nuclear no espaço

A substituição de painéis fotovoltaicos por energia nuclear é fundamental para missões profundas, já que a intensidade da luz solar diminui drasticamente conforme a nave se afasta do Sol, tornando a energia solar inviável além da órbita de Marte.

Em termos de desempenho, a fissão nuclear é vastamente superior aos propelentes químicos. A divisão do urânio-235 converte 0,09% de sua massa em repouso em energia, valor um milhão de vezes maior que a combustão química. Com uma eficiência de 5% e massa de combustível equivalente à da carga útil, uma nave poderia atingir 3.000 quilômetros por segundo (1% da velocidade da luz).

Histórico e perspectivas interestelares

Embora os Estados Unidos tenham colocado o reator SNAP-10A em órbita terrestre em 1965, nenhum sistema de fissão foi utilizado anteriormente para trajetórias interplanetárias. O SR-1 será ativado dois dias após o lançamento, pois não foi projetado para operar durante a decolagem ou na plataforma de lançamento.

Para futuras viagens interestelares, a fusão nuclear — processo que ocorre nas estrelas combinando elementos leves como o hidrogênio — surge como a opção mais ambiciosa, com eficiência de conversão de massa em energia de até 0,7%.

Nesse contexto, existem teorias sobre "motores estelares", megaestruturas hipotéticas que extrairiam energia de estrelas para acelerar sistemas estelares a velocidades entre 1% e 10% da luz. Estudos recentes, utilizando dados do Gaia DR3, indicam que a fração de tais estruturas tecnológicas na Via Láctea é inferior a uma para cada 100.000 estrelas.