Como funciona: combustível nuclear pode manter Curiosity em Marte por até 14 anos

Atmosfera e solo de Marte estão entre os assuntos que geram mais 'curiosidade' nos cientistas que estudam o planeta | Foto: Wikimedia

O desejo de conhecer o universo foi o motor para uma série de avanços tecnológicos, de sondas a foguetes, a quem impomos a missão de olhar para fora do nosso planeta.

A busca é uma aventura maior a cada quilômetro percorrido, em um espaço que se cogita infinito. Um novo módulo de pesquisa está agora aterrissado no solo do planeta que mais passou por especulações desde a “conquista” da Lua: Marte.

Curiosity é um veículo não tripulado que foi desenvolvido pela Agência Espacial Americana (Nasa) para coletar amostras e imagens do solo e da atmosfera do planeta vermelho, assim como analisar e investigar possíveis evidências de que em algum momento poderia ter havido vida no planeta. Isso se dá pela utilização de equipamentos altamente sofisticados e de enorme precisão, todos acoplados à estrutura do veículo.

Quem nos conta melhor sobre a energia que faz tudo isso  funcionar é o químico Everton Bonturim, do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP), órgão associado à USP.

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O desenvolvimento de sistemas seguros que forneçam energia para alimentar equipamentos como o Curiosity é de fundamental importância quando falamos de um ambiente hostil tal qual o da superfície de um planeta estranho. Isso sem mencionar a distância que impede qualquer tipo de manutenção mais complexa por parte dos cientistas aqui na Terra.

Pensando no tempo de vida útil do Curiosity, a Nasa implantou um sistema de produção de energia e calor baseado em energia nuclear. Não que isso seja alguma novidade no campo das missões espaciais, afinal, o primeiro módulo a carregar um dispositivo nuclear foi lançado em 14 de Abril de 1969, na missão Nimbus III. Após esse empreendimento bem sucedido, tivemos mais 16 missões, incluindo esta última para Marte.

A importância de um sistema que seja capaz de fornecer energia e calor aos equipamentos é de total relevância, e ele deve ser completamente independente de condições climáticas e externas. Nesse caso, um pequeno conjunto de dispositivos tornou-se a base para a geração de energia que alimentaria o Curiosity pelos próximos dois anos de trabalho.

Gerador nuclear MMRTG usado na Curiosity | Foto: Nasa (adaptação)

O sistema utilizado nesta missão, desenvolvido exclusivamente para ela, é chamado de Gerador Termoelétrico por Radioisótopos Multi Missão (MMRTG, do inglês Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator). Ele é formado por uma série de dispositivos que trabalham em conjunto para gerar calor a partir de reações de decaimento natural do isótopo de Plutônio-238. Seu design foi criado para que ele possa ser operado em condições de extremo vácuo no espaço ou com atmosfera de um planeta.

Os dispositivos trabalham para administrar o calor liberado nas reações nucleares de decaimento e assim gerar, por meio de módulos de conversão termoelétricos (termopares), a energia elétrica necessária para o funcionamento do veículo e seus equipamentos.

Energia termonuclear

A energia termonuclear é produzida dentro dos módulos GPHS (General Purpose Heat Source). Cada módulo contém conjuntos de pastilhas cerâmicas de Dióxido de Plutônio-238 (PuO2-238), responsáveis por alimentar as reações nucleares, em um  total de 4,8 Kg da substância. Essas pastilhas são encapsuladas em uma proteção feita de Irídio. As cápsulas de combustível são então armazenadas em uma caixa recoberta por tubos formados por fibra de carbono, e em seguida colocadas nos módulos GPHS.

Cada módulo GPHS foi desenvolvido para funcionar separadamente, fornecendo até 250 Watts térmicos, mas também podem ser agrupados para trabalharem em conjunto “stacks”. Os módulos usados na Curiosity têm a dimensão de 4 cm X 4 cm X 2 cm cada, pesando cerca de um quilo e meio. Sua engenharia de construção foi elaborada para dar prioridade à segurança do sistema, evitando vazamentos de material radioativo mesmo em possíveis acidentes com o veículo.

Esquema com as partes de um módulo GPHS | Foto: Nasa

O sistema gerador MMRTG possui eficiência operacional de 6 a 7%, podendo produzir até 110 Watts elétricos de potência total. O fornecimento de calor pelo próprio gerador é uma das características que tornam o conjunto adequado para manutenção do veículo. Computadores e analisadores precisam estar em uma faixa de temperatura de operação a ser mantida constante. O calor, como já mencionado, virá do processo de decaimento do Plutônio armazenado nos módulos, mantendo a estabilidade térmica dos equipamentos.

Apesar da missão com o Curiosity ter um tempo de finalização calculado para 687 dias terrestres, o gerador de energia poderá ser mantido operante por cerca de 14 anos.

Everton Bonturimebonturim@usp.br

Saiba mais (em inglês)

http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/technology/technologiesofbroadbenefit/power
http://solarsystem.nasa.gov/rps/types.cfm#gphs
http://solarsystem.nasa.gov/rps/rtg.cfm
http://solarsystem.nasa.gov/rps/msl.cfm
http://solarsystem.nasa.gov/rps/rtg.cfm#snap19
http://www.inl.gov/research/mars-science-laboratory/d/mars-science-laboratory.pdf