Já nos estágios iniciais do desenvolvimento da indústria espacial e de foguetes, surgiram as primeiras propostas para o uso de várias tecnologias nucleares. Várias tecnologias e unidades foram propostas e trabalhadas, mas apenas algumas delas chegaram a funcionar de fato. No futuro, espera-se a introdução de soluções fundamentalmente novas.
O primeiro no espaço
Em 1954, foi criado nos EUA o primeiro gerador termoelétrico radioisotópico (RTG ou RTG). O principal elemento de um RTG é um isótopo radioativo que decai naturalmente com a liberação de energia térmica. Com o auxílio de um termoelemento, a energia térmica é convertida em energia elétrica, que é fornecida aos consumidores.
A principal vantagem do RTG é a possibilidade de operação por longo prazo com características estáveis e sem manutenção. A vida útil é determinada pela meia-vida do isótopo selecionado. Ao mesmo tempo, tal gerador é caracterizado por baixa eficiência e baixa potência de saída, e também precisa de proteção biológica e medidas de segurança adequadas. No entanto, os RTGs encontraram aplicação em várias áreas com requisitos especiais.
Em 1961, nos EUA, um RTG do tipo SNAP 3B foi criado com 96 g de plutônio-238 em uma cápsula. No mesmo ano, o satélite Transit 4A, equipado com esse gerador, entrou em órbita. Tornou-se a primeira espaçonave na órbita da Terra a usar energia de fissão nuclear. Em 1965, a URSS lançou o satélite Kosmos-84, seu primeiro dispositivo RTG Orion-1 usando polônio-210.
Posteriormente, as duas superpotências usaram ativamente RTGs para criar tecnologia espacial para vários fins. Por exemplo, vários rovers de Marte nas últimas décadas foram alimentados pela decomposição de elementos radioativos. Da mesma forma, o fornecimento de energia para missões que se afastam do Sol é fornecido.
Por mais de meio século, os RTGs provaram suas capacidades em várias áreas, incl. na indústria espacial, embora continuassem sendo uma ferramenta especializada para tarefas específicas. No entanto, nessa função, os geradores de radioisótopos contribuem para o desenvolvimento da indústria, da pesquisa, etc.
Foguete nuclear
Logo após o início dos programas espaciais, os principais países começaram a resolver a questão da criação de um motor de foguete nuclear. Diferentes arquiteturas foram propostas com diferentes princípios de operação e diferentes benefícios. Por exemplo, no projeto americano Orion, foi proposta uma espaçonave que usa uma onda de choque de ogivas nucleares de baixa potência para acelerar. Além disso, projetos de aparência mais familiar estavam sendo elaborados.
Nos anos 50 e 60, a NASA e organizações relacionadas desenvolveram o motor NERVA (Motor Nuclear para Aplicação de Veículos Foguetes). Seu principal componente era um reator nuclear de ciclo aberto. O fluido de trabalho na forma de hidrogênio líquido teve que ser aquecido do reator e ejetado através do bico, criando impulso. Um motor nuclear desse tipo era superior em desempenho de projeto aos sistemas de combustível químico tradicionais, embora fosse mais perigoso em operação.
O projeto NERVA foi posto à prova de vários componentes e de toda a montagem. Durante os testes, o motor foi ligado 28 vezes e funcionou por quase 2 horas, as características foram confirmadas; não houve problemas significativos. No entanto, o projeto não recebeu mais desenvolvimento. Na virada dos anos 60 e 70, o programa espacial americano foi seriamente reduzido e o motor NERVA foi abandonado.
No mesmo período, trabalho semelhante foi realizado na URSS. Um projeto promissor propunha a utilização de um motor com reator que aquece o fluido de trabalho na forma de hidrogênio líquido. No início dos anos 60, foi criado um reator para esse motor e, posteriormente, começaram os trabalhos nas demais unidades. Por muito tempo, os testes e o desenvolvimento de vários dispositivos continuaram.
Nos anos setenta, o motor RD-0410 acabado passou por uma série de testes de ignição e confirmou as características principais. No entanto, o projeto não recebeu mais desenvolvimento devido à alta complexidade e riscos. Os foguetes domésticos e a indústria espacial continuaram a usar motores "químicos".
Rebocadores espaciais
No decorrer de mais pesquisas e trabalhos de design nos Estados Unidos e em nosso país, eles chegaram à conclusão de que é impróprio usar motores do tipo NERVA ou RD-0410. Em 2003, a NASA começou a testar uma arquitetura fundamentalmente nova para uma espaçonave com uma usina nuclear. O projeto foi denominado Prometeu.
O novo conceito propunha a construção de uma espaçonave com um reator completo a bordo, fornecendo eletricidade, além de um motor a jato de íons. Esse aparelho poderia encontrar aplicação em missões de pesquisa de longa distância. No entanto, o desenvolvimento do "Prometheus" provou ser proibitivamente caro e os resultados eram esperados apenas em um futuro distante. Em 2005, o projeto foi encerrado por falta de perspectivas.
Em 2009, o desenvolvimento de um produto semelhante começou na Rússia. O "Módulo de Transporte e Energia" (TEM) ou "rebocador espacial" vai receber uma usina nuclear da classe megawatt acoplada a um motor iônico ID-500. A espaçonave é proposta para ser montada na órbita da Terra e usada para transporte de várias cargas, aceleração de outras espaçonaves, etc.
O projeto TEM é altamente complexo, o que afeta seu custo e tempo. Além disso, havia vários problemas organizacionais. No entanto, em meados dos décimos, componentes individuais do TEM foram retirados para teste. O trabalho continua e no futuro pode levar ao surgimento de um verdadeiro "rebocador espacial". A construção de tal aparelho está planejada para a segunda metade dos anos vinte; comissionamento - em 2030
Na ausência de dificuldades sérias e cumprimento oportuno de todos os planos, o TEM pode se tornar o primeiro produto de sua classe colocado em serviço no mundo. Ao mesmo tempo, existe uma certa margem de tempo, embora exclua a possibilidade de o aparecimento atempado de concorrentes.
Perspectivas e limitações
As tecnologias nucleares são de grande interesse para a indústria espacial e de foguetes. Em primeiro lugar, as usinas de diferentes classes podem ser úteis. Os RTGs já encontraram aplicação e estão firmemente enraizados em algumas áreas. Reatores nucleares de pleno direito ainda não são usados devido às suas grandes dimensões e massa, mas já existem desenvolvimentos em navios com esses equipamentos.
Por várias décadas, as principais potências espaciais e nucleares desenvolveram e testaram na prática uma série de idéias originais, determinaram sua viabilidade e encontraram as principais áreas de aplicação. Tais processos continuam até hoje e, provavelmente, em breve darão novos resultados de natureza prática.
Deve-se notar que as tecnologias nucleares não se espalharam no setor espacial e é improvável que essa situação mude. Ao mesmo tempo, revelam-se úteis e promissores em certas áreas e projetos. E é nesses nichos que o potencial disponível já está sendo realizado.
