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Motor de foguete movido a fusão nuclear: O sonho continua

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/07/2023

O motor de foguete movido a fusão nuclear usa campos magnéticos rotativos para impulsionar o plasma e produzir empuxo.
[Imagem: Pulsar Fusion]

Acionamento Direto por Fusão

O sonho de construir um foguete a fusão nuclear continua vivo, e pode se tornar realidade antes mesmo de a fusão ser usada para gerar energia.

A empresa emergente Pulsar Fusion, no Reino Unido, que tenta viabilizar um motor-foguete movido a fusão nuclear há mais de uma década, anunciou um acordo com pesquisadores da Universidade de Princeton, nos EUA, para tentar entender melhor o plasma envolvido na fusão.

Existem muitas rotas teóricas para se alcançar a fusão nuclear, mas todas dependem do confinamento do combustível, que deve ser mantido em um ambiente com temperatura e pressão extremas por tempo suficiente para que a reação ocorra. E esse confinamento tipicamente pode ser feito por ímãs, chamado confinamento magnético, ou pela pressão gerada por conjuntos de raios lasers, no que é conhecido como confinamento inercial.

No campo da geração de energia, o confinamento inercial passou à frente nos últimos anos, sobretudo com a ignição da fusão nuclear alcançada no ano passado no Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos EUA. Mas a grande maioria dos experimentos para usar a fusão nuclear para geração de eletricidade ainda usa campos magnéticos para confinar o plasma em estruturas chamadas tokamaks e estelaratores.

Usar a fusão nuclear para impulsionar um foguete é bem mais simples do que uma usina de fusão nuclear aqui na Terra porque não é necessário sequer confinar magneticamente o plasma - basta controlá-lo o suficiente para que ele seja acelerado e expelido para o espaço. Aqui também existem várias abordagens, mas a Pulsar Fusion está trabalhando no conceito chamado Acionamento Direto por Fusão, no qual o impulso para o foguete vem diretamente da reação de fusão nuclear, sem precisar passar pela etapa intermediária de geração de eletricidade.

Fazer um motor-foguete a fusão nuclear é bem mais simples do que construir uma usina de fusão nuclear.
[Imagem: Pulsar Fusion]

Controle do plasma

No projeto da empresa, o reator gera energia criando um plasma de partículas eletricamente carregadas. Um campo magnético rotativo pega então esse plasma e o arremessa para o bocal de saída do foguete. Pelos cálculos da empresa, com as partículas escapando a velocidades de 800.000 km/h, dá para ir a Saturno em dois anos - a sonda Cassini levou sete anos para chegar lá.

O problema é que é mais fácil projetar do que fazer, e controlar um plasma mais quente do que o Sol está longe de ser trivial. Na verdade, ainda entendemos pouco sobre o comportamento do plasma, não apenas para manipulá-lo, mas sobretudo para manipulá-lo de forma a não interromper o processo de fusão nuclear.

É aí que entra a equipe da Universidade de Princeton, que possui um projeto chamado "Configuração de Campo Invertido de Princeton", que já realizou uma série de experimentos em física de plasma para avaliar uma configuração para um reator de energia de fusão.

As duas equipes vão então se juntar para aplicar as tecnologias de aprendizado de máquina mais avançadas para analisar os dados do reator de Princeton. O objetivo primário será tentar entender o comportamento do plasma de fusão superquente em uma configuração de motor de foguete, ou seja, em uma configuração pulsada.

Especificamente, as simulações avaliarão o desempenho do plasma de fusão nuclear para propulsão quando ele sai de um motor de foguete emitindo partículas de exaustão a centenas de km/s, o que fornecerá os parâmetros para ajustar os campos magnéticos axiais gerados pelas bobinas.

Simulações preditivas

Em última instância, os pesquisadores esperam criar simulações preditivas do comportamento dos íons e elétrons no plasma na configuração de campo reverso. Simulações preditivas precisas são necessárias para sistemas de circuito fechado, um componente chave para um futuro reator que possa ser usado para propulsão de foguetes.

"A humanidade tem uma enorme necessidade de propulsão mais rápida em nossa crescente economia espacial, e a fusão oferece 1.000 vezes a potência dos propulsores de íons convencionais atualmente usados em órbita," disse Richard Dinan, fundador da Pulsar Fusion. "Em suma, se os humanos podem alcançar a fusão para obter energia, então a propulsão por fusão no espaço é inevitável. Acreditamos que a propulsão por fusão será demonstrada no espaço décadas antes de podermos aproveitar a fusão para obter energia na Terra."