Espaço

Combustível nuclear pode manter Curiosity em Marte por 14 anos

Everton Bonturim - IPEN - 09/08/2012

Gerador nuclear MMRTG usado no robô marciano Curiosity.
[Imagem: NASA]

Aventura em Marte

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 Norte-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 - o nome completo da aventura é MSL (Mars Science Laboratory), ou Laboratório Científico de Marte: o robô Curiosity possui a bordo um laboratório completo, onde serão analisadas as amostras recolhidas por seu braço robótico.

Ao contrário dos robôs marcianos anteriores, alimentados por painéis solares e baterias, o Curiosity tem uma curiosidade a mais: uma fonte de energia nuclear.

Energia nuclear no espaço

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.

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.

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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.

A energia termonuclear é produzida dentro dos módulos GPHS (General Purpose Heat Source).
[Imagem: NASA]

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, formando pilhas (stacks).

Os módulos usados no Curiosity têm uma dimensão aproximada de 10 cm X 16 cm X 6 cm cada um, pesando cerca de um quilograma 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.

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, independente das extremas variações de temperatura do planeta - o calor 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.