O que é que a NASA quer realmente?

O que está por trás da missão SR1 Freedom

A agência espacial norte-americana está a redefinir a sua abordagem: em vez de apostar cada vez mais em painéis solares de grandes dimensões, vai levar para uma missão futura o seu próprio mini-reator nuclear para o espaço. Por detrás deste projeto com aparência altamente técnica esconde-se uma mudança silenciosa que poderá transformar de forma visível as viagens a Marte a partir de 2028.

A NASA apresentou a missão “Space Reactor-1 Freedom”, abreviada para SR1 Freedom. O lançamento está previsto para dezembro de 2028. A bordo não seguirão velas solares de grande superfície, mas sim um reator compacto que gera energia através de fissão nuclear. A sonda deverá demonstrar se a energia nuclear pode ser usada de forma fiável no espaço profundo.

O reator pode fornecer até 20 quilowatts de potência elétrica. Em comparação com uma central na Terra, o valor parece modesto, mas no espaço chega e sobra para manter continuamente a eletrónica de bordo, as comunicações e os motores elétricos alimentados. O fator decisivo é a estabilidade: o reator produz a mesma potência dia e noite, independentemente da posição do Sol ou de tempestades de poeira.

SR1 Freedom é menos uma simples sonda - foi pensada como protótipo de uma plataforma voadora de pequena central elétrica.

Está previsto que a sonda abandone a órbita da Terra após o lançamento. Dentro de 48 horas, o reator deverá ser colocado em funcionamento e ligado ao sistema de propulsão. É nessa curta janela que se decide se a ideia se tornará operacional ou se acabará no museu das conceções espaciais.

Porque é que a energia solar chega ao limite

Até agora, uma grande parte da exploração espacial não tripulada assentava em células solares. Quanto mais longe uma nave se afasta do Sol, mais fraca se torna a radiação e menos eficientes ficam os painéis. Em Marte, chega apenas cerca de 43 por cento da energia solar que atinge a Terra.

Há ainda um problema muito específico de Marte: as enormes tempestades de poeira. Estas podem cobrir a superfície dos painéis solares durante semanas. Foi precisamente assim que a sonda marciana Opportunity acabou por falhar. A energia deixou simplesmente de ser suficiente para a acordar.

Um reator no espaço não conhece esse tipo de limitação. Não precisa de luz nem de uma atmosfera limpa. Os engenheiros contam com um fornecimento estável durante anos, sem depender das estações ou das alterações meteorológicas em planetas estranhos.

• Energia estável mesmo em tempestades de poeira e noites polares
• Menor área necessária do que a dos painéis solares
• Planeamento mais previsível para missões longas no sistema solar exterior

Tecnologia em detalhe: fissão, urânio e ciclo Brayton

O coração do SR1 Freedom é um reator de fissão com urânio pouco enriquecido. De forma simples, os núcleos de urânio são separados num processo controlado. Ao fazê-lo, libertam calor, que depois pode ser convertido em energia elétrica.

Para essa conversão é utilizado o chamado ciclo Brayton. Um gás é aquecido, expande-se e faz girar uma turbina, que por sua vez produz eletricidade - de forma parecida ao que acontece num motor a jato, embora com temperaturas e condições de funcionamento diferentes. Aqui, a fonte de calor não é querosene, mas sim o reator.

O ciclo Brayton é visto na exploração espacial como um compromisso muito atrativo: relativamente robusto, fácil de regular e com elevada eficiência.

A produção contínua esperada, superior a 20 quilowatts de potência elétrica, abre uma nova dimensão no planeamento de missões: os rovers poderão percorrer distâncias maiores, operar sensores com mais resolução e usar antenas de comunicação com maior potência de emissão. Em suma, já não será preciso avaliar cada watt de consumo três vezes.

Reciclagem do programa lunar: hardware do Gateway

Também é interessante a origem da plataforma. A NASA não está a começar do zero no armazém, mas a reutilizar o chamado “bus”, isto é, a estrutura de suporte, do Power and Propulsion Element (PPE) da estação lunar Gateway, planeada para o futuro. Esse módulo tinha sido concebido para fornecer energia e propulsão à estação Gateway.

Como o programa Gateway está, na sua forma atual, em pausa, a NASA está a dar um uso pragmático a partes de tecnologia já desenvolvida. Isso poupa tempo, reduz custos de desenvolvimento e diminui o risco de erros de planeamento dispendiosos.

Do projeto lunar nasce, de certa forma, um laboratório de testes para o futuro de Marte - o hardware passa simplesmente de um programa para o seguinte.

Perfil de voo da missão SR1 Freedom: descolagem, arranque do reator e propulsão elétrica

Para a descolagem, é provável que seja utilizada uma foguetão de carga pesada como a Falcon Heavy. Depois de a sonda ser colocada no espaço, segue-se a fase crítica: o reator entra em funcionamento e a sua energia alimenta um sistema de propulsão elétrica, capaz de gerar impulso com elevada eficiência.

Os motores elétricos não funcionam com explosões clássicas de combustível; aceleram partículas através de campos elétricos. Produzem menos impulso, mas conseguem mantê-lo durante períodos muito longos - exatamente o ideal para viagens para lá do sistema solar interior.

Três helicópteros marcianos a bordo: procura de água a partir do ar

O SR1 Freedom não leva apenas demonstrações tecnológicas, mas também uma missão científica. Três pequenos helicópteros com o nome de projeto Skyfall deverão ser utilizados mais tarde nas proximidades do Planeta Vermelho. Estes seguem o exemplo do helicóptero marciano Ingenuity, que foi o primeiro a tornar possíveis voos na atmosfera extremamente rarefeita de Marte.

As tarefas dos drones Skyfall são:

• Registar imagens de alta resolução da superfície marciana a baixa altitude
• Procurar indícios de depósitos de gelo subterrâneos
• Explorar locais potencialmente adequados para futuras aterragens tripuladas

O gelo subterrâneo é considerado um recurso fundamental para qualquer presença humana duradoura em Marte. A partir dele, não só se pode obter água potável e oxigénio, como também produzir hidrogénio e oxigénio para combustível de foguetão. Quem controla a água controla a logística.

A energia nuclear no espaço como porta de entrada para missões tripuladas a Marte

O SR1 Freedom é apenas o primeiro passo de um plano maior. Se o sistema funcionar, a NASA quer avançar, numa segunda fase, para propulsões nucleares muito mais potentes. O objetivo é encurtar de forma significativa os voos entre a Terra e Marte.

Hoje, uma viagem de transferência demora cerca de seis a nove meses. Conceitos de propulsão térmica nuclear poderão reduzir esse tempo para três a quatro meses. Cada redução conta, porque a radiação cósmica no espaço ataca o corpo humano, enfraquece o sistema imunitário e aumenta o risco de cancro.

Menos tempo de voo significa: menor exposição à radiação, menos provisões, menos desgaste - e, por isso, hipóteses mais realistas de viagens regulares de ida e volta.

Em paralelo, futuras bases em Marte vão precisar de um fornecimento elétrico estável. Só com painéis solares isso seria arriscado. Tempestades de poeira, períodos de escuridão no inverno e as condições locais tornam a dependência exclusiva da energia solar uma aposta incerta. Um reator, pelo contrário, pode funcionar de forma fiável durante anos e alimentar instalações de extração de gelo, produção de oxigénio e síntese de combustível.

Riscos, reservas e conceito de segurança

A tecnologia nuclear no espaço provoca facilmente inquietação. A preocupação é óbvia: o que acontece se algo correr mal durante o lançamento e material radioativo cair na Terra? É precisamente por isso que a NASA trabalha com urânio pouco enriquecido e com cápsulas de segurança robustas, concebidas para resistir mesmo a explosões na descolagem.

Além disso, o reator permanece inicialmente “frio” durante o lançamento e enquanto estiver perto da Terra. Só é ativado quando a sonda já se encontra numa trajetória segura, longe do planeta. O desenho inspira-se em sistemas anteriores, como o SNAP-10A dos anos 60, que já tinham mostrado que a energia nuclear no espaço é, em princípio, controlável.

O que este passo significa para outros actores do setor espacial

Com este avanço para a exploração espacial nuclear, a NASA também envia um sinal político. Quem operar primeiro reatores nucleares maduros no espaço conquista uma vantagem tecnológica - tanto em missões a Marte como em missões a asteroides ou às luas geladas dos planetas exteriores.

Empresas privadas como a SpaceX planeiam, em paralelo, as suas próprias missões a Marte, mas continuam a apostar sobretudo em motores químicos e em grandes campos solares. A longo prazo, parece plausível um cenário combinado: lançamento com foguetões já consolidados e, depois, abastecimento e funcionamento da base assegurados por reatores compactos, fornecidos por agências estatais ou por parceiros privados.

Termos e contexto explicados para leigos

Quem tiver dificuldade com os termos técnicos pode imaginar o SR1 Freedom de forma simples: trata-se de uma combinação entre satélite, central elétrica e plataforma experimental. O reator substitui os enormes painéis solares. O ciclo Brayton assume o papel de um bloco de geração de energia, mas numa versão mais compacta e otimizada para operar no vácuo.

Ao contrário dos pequenos geradores de radioisótopos usados em missões anteriores - que, a partir do decaimento natural do plutónio, produzem apenas algumas centenas de watts - o SR1 Freedom entra numa dimensão completamente diferente. Pela primeira vez, passa a existir no espaço uma quantidade de energia verdadeiramente relevante, suficiente para permitir planear verdadeiros “projetos de infraestrutura” noutros corpos celestes.

Se a missão arrancar como previsto em 2028, não será apenas um feito técnico. Vai marcar também um momento em que a exploração espacial redefine a sua relação com a tecnologia nuclear - deixando de a tratar como exceção e passando a integrá-la como elemento central dos planos de longo prazo para Marte e para lá dele.