Energia nuclear Espaço
Créditos: NASA

Este artigo sobre a utilização de Energia Nuclear no Espaço, foi publicado no Sapo 24 na sexta-feira.

O problema

As missões espaciais de longa duração, ou seja, para muito longe da Terra e em condições extremamente hostis, requerem sistemas de produção de calor e eletricidade seguros, fiáveis e com durabilidade. Isto para permitir o funcionamento dos equipamentos da nave ou sonda espacial e dos laboratórios científicos espaciais durante a missão.

Por exemplo, a sonda espacial da NASA Mars Sience Laboratory (MSL) levou consigo um Rover robotizado – o Curiosity – que é do tamanho de um carro grande.

Para fazer a exploração da superfície de Marte o Curiosity necessitava de energia para se mover, recolher amostras, fazer operar os seus instrumentos científicos, operar os seus sistemas de comunicação com a Terra, para além de ter que manter uma temperatura para funcionar, uma vez que as temperaturas de Marte descem para valores muito negativos.

Por outro lado, por exemplo, os satélites necessitam de fontes de energia que permitam a sua operação ao longo de vários anos.

A solução

O ambiente espacial pode ser gelado, fazendo-nos encontrar temperaturas muito baixas. Por exemplo, na Lua, devido às longas noites lunares (cerca de 14 dias terrestres), a temperatura baixa para valores de cerca de -170 graus centígrados. As temperaturas em Marte podem descer durante a noite até cerca de -100 graus centígrados.

Contudo, podemos usar essas temperaturas baixas para gerar energia elétrica para a nave espacial e os seus instrumentos poderem ter energia para operar durante essas missões no Espaço. Como é que isto funciona? Funciona através de um gerador espacial, a que neste caso concreto chamamos de RTG.

Os RTG’s são compostos por uma fonte fria, que aproveita o frio do Espaço, e uma fonte quente, que utiliza energia proveniente da radioatividade nuclear. Quando estas fontes estão em contacto com uma junção de determinado tipo de materiais geram corrente através de um circuito.

A produção de energia pelo contacto de certos materiais com duas fontes a diferentes temperaturas tem o nome do cientista alemão que o descobriu: Thomas Seebeck (efeito de Seebeck).

Verifica-se que quanto maior for a diferença de temperatura entre as duas fontes, maior é energia elétrica produzida.

O efeito de Seebeck tem sido usado em algumas aplicações na nossa vida diária na Terra para produzir energia elétrica, sendo associado por exemplo a circuitos. Pensa-se que no futuro pode vir a ser usado no setor das telecomunicações, para carregamento das baterias de telemóveis, ou para a produção de energia alternativas quando a diferença de temperatura entre as duas fontes é elevada.

Desde 1961 que este tipo de Gerador Nuclear tem sido usado no Espaço para produzir energia elétrica durante longos períodos de tempo, e numa variedade de aplicações. Por outras palavras, pode ser usado para produzir a energia elétrica em missões de longa duração.

De facto, dado que o Espaço pode ser tomado como fonte fria, basta encontrar então uma fonte que produza calor. Os geradores termoelétricos nucleares (conhecidos como Geradores Termoelétricos a Radioisótopos, RTG’s ) usam materiais radioativos como o plutonium-238 para produzir energia sobre a forma de calor, tirando partido da sua longevidade, já que tem uma vida média de 88 anos.

Estes geradores satisfazem os critérios de segurança, nomeadamente no que diz respeito a blindagem de radiação (ou seja, para não por em causa a saúde dos humanos e da eletrónica dos aparelhos espaciais visto que emitem radiação pouco penetrante).

Segundo fontes da NASA, até à data de hoje, este tipo de geradores termoelétricos nucleares nunca estiveram na origem de um acidente.

A primeira instalação deste tipo de geradores foi feita num satélite de navegação (GPS, GLONASS, Cronograph, etc) lançado em 1961 e em operação até 1971, e tinha como objetivo complementar sistemas de energia solar.

A utilização decorreu da necessidade de ter fontes de energia que permitissem aos satélites de navegação operar por períodos longos e de vários anos, o que não era permitido pelas tradicionais baterias químicas.

Em 1964, como resultado de um lançamento de satélite em órbita falhado, deu-se dispersão do plutónio no momento da reentrada na atmosfera. Este acidente teve como consequência alterações na política de segurança deste tipo de geradores. Mais precisamente, a fonte de calor passou a estar preparada para situações anormais de operação como lançamento abortado ou reentrada da atmosfera, para que dessa forma seja possível a sua recuperação intacta.

Este tipo de geradores também tem sido largamente usado em missões espaciais de longo curso, como a Voyager, para produzir energia elétrica necessária para o reconhecimento de corpos celestes através do correto funcionamento dos equipamentos científicos.

Os RTG’s foram também usados nas missões Apollo para a exploração da Lua, uma vez que a superfície lunar constitui uma fonte fria natural.

Energia Nuclear no Espaço
Alan Bean na missão Apollo 12 créditos: NASA

A figura acima mostra o astronauta Alan Bean na missão Apollo 12, em novembro de 1969, a usar este tipo de sistemas.

Mais recentemente, a energia necessária para fazer operar o Curiosity em mais uma Missão Rover para exploração de Marte foi fornecida principalmente por este tipo de gerador.

Assim, o gerador do Curiosity é alimentado a Plutonium-238, que produz energia nuclear sob a forma de calor. Juntamente com a atmosfera fria de Marte, estabelece-se a diferença de temperatura necessária para gerar uma potência elétrica.

Sim, podemos dizer que a energia nuclear tem sido usada desde a década de 60, em satélites e em várias missões espaciais de exploração através do uso Geradores Termoelétricos a Radioisótopos, RTG’s, que utilizam a energia proveniente da radioatividade nuclear. E esta vai ser muito provavelmente uma das energias do futuro espacial.

 

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Doutorada em Física Nuclear Teórica pela Universidade de Surrey, Reino Unido, e é actualmente Professora do Departamento de Física do Instituto Superior Técnico. Trabalha como cientista em Física Nuclear Teórica, Teoria das Reacções Nucleares, núcleos exóticos produzidos por feixes de iões radioactivos e reacções de interesse Astrofísico. Foi Membro do INTC (2015-2017) (ISOLDE and Neutron Time-of-Flight Experiments Committee). O Laboratório ISOLDE destina-se à produção de feixes de iões radioactivos a baixas energias para aplicação no domínio da Física Nuclear e Atómica, bem como das Ciências dos Materiais e da Vida. Foi membro do Comité Científico R3B/Nustar/FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe), um novo laboratório internacional (International Acelerator Facility), destinado entre outros a estudar a estrutura da matéria e a evolução do Universo.. Autora e Co-Autora de cerca de 100 publicações científicas em revistas internacionais e edições especiais com referee. Participou em 19 projectos científicos financiados (8 como investigadora principal) e como convidada em diversas palestras internacionais. Membro Internacional de comités de Conferências em Física Nuclear.