Voando com o poder da fusão

As reações de fusão liberam uma quantidade enorme de energia, o que explica porque os pesquisadores procuram maneiras de colocar essa energia em um sistema de propulsão. Uma espaçonave alimentada por reações de fusão, poderia adiantar o cronograma da NASA para uma missão tripulada até Marte. Este tipo de espaçonave poderia diminuir o tempo da viagem em mais de 50%, reduzindo assim a perigosa exposição dos tripulantes à radiaçã nuclear  e à falta de gravidade.

A construção de uma espaçonave movida a reações de fusão seria o equivalente ao desenvolvimento de um carro que rodasse duas vezes mais rápido do que qualquer outro e com uma eficiência de combustível de 2.976 km/l. No campo de estudo e desenvolvimento de foguetes, a eficiência de combustível de um foguete é medida por seu impulso específico, uma medida das unidades de propulsão divididas pelas unidades de propelente consumido durante um período de tempo.

Um veículo movido à fusão poderia ter um impulso específico cerca de 300 vezes maior do que o dos motores de foguetes químicos convencionais. Um motor de foguete químico tem um impulso específico de cerca de 450 segundos, o que significa que o motor consegue produzir 1 Kg de propulsão a partir de 1 Kg de combustível a cada 450 segundos. Já um foguete movido à fusão poderia ter um impulso específico estimado em 130 mil segundos e poderia usar hidrogênio como propelente, podendo se reabastecer durante sua viagem pelo espaço. Como o hidrogênio está presente na atmosfera de muitos planetas, bastaria que a espaçonave mergulhasse na atmosfera desses planetas e sugasse uma parte do hidrogênio para se reabastecer.

Além disso, os foguetes movidos à fusão também poderiam fornecer impulso mais longo do que os foguetes químicos, que queimam seu combustível muito rapidamente. Acredita-se que a propulsão por fusão permitirá viagens rápidas a qualquer ponto do nosso sistema solar, chegando ao ponto de permitir que sejam feitas viagens de ida e volta à Júpiter em apenas dois anos. Agora, veremos os projetos da NASA de propulsão por fusão.

Foguete de magnetoplasma de impulso específico variável
O VASIMR se trata de um foguete de plasma, precursor da propulsão por fusão. Mas como um foguete movido à fusão irá usar plasma, os pesquisadores terão a chance de aprender muito com este tipo de foguete. Para falar a verdade, o motor do VASIMR é bem interessante, já que cria plasma sob condições extremamente quentes e, depois, o expele para obter impulso. Há três células básicas no motor do VASIMR.

• Célula frontal - o gás propelente, normalmente o hidrogênio, é injetado nesta célula e ionizado para criar plasma;
• Célula central - esta célula age como amplificadora para esquentar o plasma ainda mais com energia eletromagnética. Também, são usadas ondas de rádio para adicionar energia ao plasma, de maneira semelhante ao modo como funciona um forno de microondas;
• Célula posterior - um bocal magnético converte a energia do plasma na velocidade da descarga do motor a jato. O campo magnético usado para expelir o plasma também protege a aeronave ao impedir que o plasma toque o casco da nave. O plasma provavelmente destruiria qualquer material com que entrasse em contato, pois sua temperatura ao sair do bocal seria de até 100 milhões de graus Celsius (25 mil vezes mais quente do que os gases expelidos pelo ônibus espacial).

Em uma missão para Marte, o motor da VASIMR aceleraria de forma contínua para a primeira metade da viagem e reverteria sua direção, diminuindo a velocidade para a segunda metade. Um motor desses também poderia ser usado para posicionar satélites na órbita da Terra.

Propulsão por fusão de espelho dinâmico de gás
Sendo desenvolvido simultaneamente com a VASIMR, o sistema de propulsão por fusão de Espelho Dinâmico de Gás (GDM) tem uma bobina de fios mais longa, fina e condutora de corrente elétrica, que age como um imã e fica ao redor de uma câmara a vácuo, que contém plasma. O plasma é aprisionado dentro dos campos magnéticos criados na seção central do sistema. Em cada extremidade do motor, existem ímãs-espelho que impedem que o plasma escape por essas extremidades rápido demais, mas é claro que o que se quer é que o plasma saia para obter a propulsão desejada.

Normalmente, o plasma é instável e não pode ser confinado facilmente, o que dificultou bastante as primeiras experiências com máquinas de fusão com espelhos. O espelho dinâmico de gás é capaz de evitar problemas de instabilidade por ser construído em um formato longo e fino, o que deixa as linhas do campo magnético correrem diretamente pelo sistema. Outra forma de controlar a instabilidade é permitir que uma certa quantidade de plasma vaze pela parte estreita do espelho.

Em 1998, uma experiência com GDM na NASA conseguiu produzir plasma durante um teste do sistema injetor de plasma, que funciona de maneira semelhante à célula frontal da VASIMR. Ele injeta gás no GDM e o aquece com Aquecimento de Ressonância de Ciclotron Eletrônico (ECRH) induzido por uma antena de microondas, operando a 2,45 gigahertz. Atualmente, o experimento existe para confirmar a praticidade do conceito do GDM. Mas os pesquisadores também estão trabalhando em várias das características operacionais de um motor em tamanho real.

Embora muitos dos conceitos de propulsão avançada da NASA (em inglês) estejam a décadas de serem atingidos, o alicerce para a propulsão por fusão já está sendo construído. Quando outras tecnologias estiverem disponíveis, a fim de tornar a missão para Marte possível, quem sabe não será uma espaçonave alimentada por fusão que vai nos levar até lá. Até a metade do século 21, as viagens para Marte poderão ter se tornado tão rotineiras quanto as viagens para a Estação Espacial Internacional.

Para mais informações sobre propulsão por fusão e outros conceitos de propulsão avançada, confira os links na próxima página.