Olhando para o futuro da exploração espacial tripulada, está claro para a NASA e outras agências espaciais que certos requisitos tecnológicos precisam ser atendidos. Não é necessária apenas uma nova geração de veículos de lançamento e cápsulas espaciais (como o SLS e Orion naves espaciais), mas são necessárias novas formas de produção de energia para garantir que missões de longa duração na Lua, Marte e outros locais no Sistema Solar possam ocorrer.
Uma possibilidade que atenda a essas preocupações é o Kilopower, um sistema leve de fissão que pode alimentar missões robóticas, bases e missões de exploração. Em colaboração com a Administração Nacional de Segurança Nuclear (NNSA) do Departamento de Energia, a NASA recentemente conduziu uma demonstração bem-sucedida de um novo sistema de energia de reator nuclear que poderia permitir missões tripuladas de longa duração para a Lua, Marte e além.
Conhecida como o experimento com o reator Kilopower usando tecnologia Stirling (KRUSTY), a tecnologia foi revelada em uma recente entrevista coletiva realizada na quarta-feira, 2 de maio, no Glenn Research Center da NASA. Segundo a NASA, esse sistema de energia é capaz de gerar até 10 quilowatts de energia elétrica - energia suficiente para várias famílias continuamente por dez anos, ou um posto avançado na Lua ou em Marte.
Como Jim Reuter, administrador associado interino da NASA da Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial (STMD), explicou em um recente comunicado de imprensa da NASA:
“Energia segura, eficiente e abundante será a chave para futuras explorações robóticas e humanas. Espero que o projeto Kilopower seja uma parte essencial das arquiteturas de energia lunar e de Marte à medida que elas evoluem. ”
O protótipo do sistema de energia emprega um pequeno núcleo sólido de reator de urânio-235 e tubos de calor passivos de sódio para transferir o calor do reator para motores Stirling de alta eficiência, que convertem o calor em eletricidade. Este sistema de energia é ideal para locais como a Lua, onde a geração de energia usando matrizes solares é difícil porque as noites lunares são equivalentes a 14 dias na Terra.
Além disso, muitos planos para a exploração lunar envolvem a construção de postos avançados nas regiões polares permanentemente sombreadas ou em tubos de lava subterrâneos estáveis. Em Marte, a luz do sol é mais abundante, mas sujeita ao ciclo diurno e ao clima do planeta (como tempestades de poeira). Essa tecnologia poderia, portanto, garantir um suprimento constante de energia que não depende de fontes intermitentes como a luz solar. Como Marc Gibson, o principal engenheiro de Kilopower da Glenn, disse:
“Kilopower nos dá a capacidade de realizar missões de poder muito superior e de explorar as crateras sombrias da Lua. Quando começamos a enviar astronautas para longas estadias na Lua e para outros planetas, isso exigirá uma nova classe de poder que nunca precisávamos antes. ”
O experimento Kilopower foi realizado no Site de Segurança Nacional de Nevada (NNSS) da NNSA entre novembro e março de 2017. Além de demonstrar que o sistema poderia produzir eletricidade por fissão, o objetivo do experimento também era mostrar que é estável e seguro em qualquer ambiente. Por esse motivo, a equipe Kilopower conduz o experimento em quatro fases.
As duas primeiras fases, que foram conduzidas sem energia, confirmaram que cada componente do sistema funcionava corretamente. Na terceira fase, a equipe aumentou a potência para aquecer o núcleo lentamente antes de passar para a fase quatro, que consistia em um teste de 28 horas com potência total. Essa fase simulou todos os estágios de uma missão, que incluiu a inicialização do reator, acelerando até a potência máxima, operação e desligamento constantes.
Durante o experimento, a equipe simulou várias falhas do sistema para garantir que o sistema continuasse funcionando - incluindo reduções de energia, motores com falha e falha no heat pipe. Durante todo o processo, o gerador KRUSTY continuou fornecendo eletricidade, provando que ele pode suportar qualquer exploração espacial lançada sobre ele. Como Gibson indicou:
“Colocamos o sistema no ritmo certo. Entendemos o reator muito bem, e esse teste provou que o sistema funciona da maneira que projetamos para funcionar. Não importa em que ambiente o exponamos, o reator funciona muito bem. ”
No futuro, o projeto Kilopower continuará sendo parte do programa Game Changing Development (GCD) da NASA. Como parte da Diretoria de Missões Tecnológicas Espaciais da NASA (STMD), o objetivo deste programa é promover tecnologias espaciais que possam levar a abordagens inteiramente novas para as futuras missões espaciais da Agência. Eventualmente, a equipe espera fazer a transição para o programa Missão de Demonstração Tecnológica (TDM) até 2020.
Se tudo correr bem, o reator KRUSTY pode permitir postos humanos permanentes na Lua e em Marte. Também poderia oferecer apoio a missões que dependem da utilização de recursos in situ (ISRU) para produzir combustível de hidrazina a partir de fontes locais de gelo de água e materiais de construção a partir do regolito local.
Basicamente, quando missões robóticas são montadas na Lua para bases de impressão 3D fora do regolito local, e os astronautas começam a fazer viagens regulares à Lua para realizar pesquisas e experimentos (como fazem hoje na Estação Espacial Internacional), poderiam ser reatores KRUSTY que fornecem a eles todas as suas necessidades de energia. Em algumas décadas, o mesmo poderia ser verdade para Marte e até para locais no exterior do Sistema Solar.
Esse sistema de reator também pode pavimentar o caminho para foguetes que dependem de propulsão nuclear-térmica ou nuclear-elétrica, permitindo missões além da Terra que são mais rápidas e econômicas!
E não deixe de apreciar este vídeo do programa GCD, cortesia da NASA 360:
