Projeto Rover

O Projeto Rover foi um programa dos Estados Unidos para desenvolver um motor de foguete termonuclear, conduzido de 1955 a 1973 no Laboratório Nacional de Los Alamos (LASL). Iniciado como um projeto da Força Aérea dos Estados Unidos para criar um estágio superior movido a energia nuclear para um míssil balístico intercontinental (ICBM), o projeto foi transferido para a NASA em 1958, após a Crise do Sputnik desencadear a Corrida Espacial. Gerenciado pelo Escritório de Propulsão Nuclear Espacial [en] (SNPO), uma agência conjunta da Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos (AEC) e da NASA, o Projeto Rover passou a integrar o programa Motor Nuclear para Aplicação em Veículos de Foguetes (NERVA), focando na pesquisa de reatores nucleares para foguetes, enquanto o NERVA lidava com o desenvolvimento e implantação de motores nucleares e o planejamento de missões espaciais.

Os reatores do Projeto Rover foram construídos na Área Técnica 18 (TA-18) do LASL, também conhecida como Sítio do Cânion Pajarito. Eles eram testados em baixa potência no local e, posteriormente, enviados para a Área 25 (conhecida como Jackass Flats) no Local de Testes de Nevada da AEC. Testes de elementos de combustível e ciência de materiais eram realizados pela Divisão N do LASL na TA-46, utilizando fornos e, mais tarde, um reator de teste personalizado, o Nuclear Furnace. O projeto resultou no desenvolvimento de três tipos de reatores: Kiwi (1955 a 1964), Phoebus (1964 a 1969) e Pewee (1969 a 1972). Kiwi e Phoebus eram reatores grandes, enquanto o Pewee era significativamente menor, adaptado ao orçamento reduzido disponível após 1968.

Os reatores utilizavam urânio altamente enriquecido como combustível, com hidrogênio líquido servindo como propelente e refrigerante do reator. Grafite nuclear [en] e berílio eram usados como moderador de nêutrons e refletor de nêutrons. O controle dos motores era feito por tambores com grafite ou berílio de um lado e boro (um veneno nuclear [en]) do outro, ajustando o nível de energia pela rotação dos tambores. Como o hidrogênio também atua como moderador, o aumento do fluxo de propelente elevava a potência do reator sem a necessidade de ajustar os tambores. Os testes demonstraram que os motores nucleares podiam ser desligados e reiniciados várias vezes sem dificuldades e podiam ser agrupados para maior empuxo. Sua impulso específico (eficiência) era aproximadamente o dobro dos foguetes químicos.

O projeto contou com forte apoio político do influente presidente do Comitê Conjunto do Congresso dos Estados Unidos sobre Energia Atômica [en], o senador Clinton P. Anderson [en], de Novo México (onde ficava o LASL), e de seus aliados, os senadores Howard Cannon [en], de Nevada, e Margaret Chase Smith, de Maine. Esse apoio permitiu que o projeto sobrevivesse a várias tentativas de cancelamento, que se intensificaram com os cortes de custos durante a escalada da Guerra do Vietnã e após o fim da corrida espacial com o pouso na Lua da Apollo 11. Apesar disso, os projetos Rover e NERVA foram cancelados em janeiro de 1973, e nenhum dos reatores chegou a ser utilizado em voo.

Início

Primeiros conceitos

Durante a Segunda Guerra Mundial, cientistas do Projeto Manhattan no Laboratório de Los Alamos, como Stan Ulam, Frederick Reines e Frederic de Hoffmann, especularam sobre o desenvolvimento de foguetes movidos a energia nuclear.[1] Em 1947, Ulam e Cornelius Joseph "C. J." Everett publicaram um artigo propondo o uso de bombas atômicas como meio de propulsão de foguetes, ideia que serviu de base para o Projeto Orion.[2] Em dezembro de 1945, Theodore von Karman e Qian Xuesen elaboraram um relatório para as Forças Aéreas do Exército dos Estados Unidos, no qual, embora considerassem a ideia inviável na época, Tsien sugeriu que foguetes nucleares poderiam, no futuro, lançar satélites em órbita.[3]

Em 1947, o Laboratório de Aerofísica da North American Aviation publicou um extenso estudo abordando os desafios de usar reatores nucleares para propelir aviões e foguetes. O estudo focava em uma aeronave com alcance de 16.000 kilometres (10.000 mi) e carga útil de 3.600 kilograms (8.000 lb), abordando turbobombas, estrutura, tanques, aerodinâmica e projeto de reator nuclear. Concluiu-se que o hidrogênio era o melhor propelente e que o grafite seria o melhor moderador de nêutrons, mas a temperatura operacional proposta de 3.150 °C (5.700 °F) excedia as capacidades dos materiais disponíveis, tornando os foguetes nucleares impraticáveis na época.[3]

No Reino Unido, após a revelação pública da energia atômica ao fim da guerra, Val Cleaver [en], engenheiro-chefe da divisão de foguetes da De Havilland, e Leslie Shepard, físico nuclear da Universidade de Cambridge, consideraram independentemente o problema da propulsão nuclear de foguetes. Eles colaboraram e, em uma série de artigos publicados no Journal of the British Interplanetary Society em 1948 e 1949, delinearam o projeto de um foguete nuclear com um trocador de calor de grafite de núcleo sólido. Concluíram, relutantemente, que os foguetes nucleares eram essenciais para a exploração espacial profunda, mas ainda não eram tecnicamente viáveis.[4][5]

Relatório Bussard

Em 1953, Robert W. Bussard [en], físico do projeto Energia Nuclear para Propulsão de Aeronaves (NEPA) no Laboratório Nacional de Oak Ridge, escreveu um estudo detalhado. Ele se baseou nos trabalhos de Cleaver e Shepard,[6] de Tsien,[7] e em um relatório de fevereiro de 1952 da Consolidated Vultee.[8] Utilizando dados de foguetes químicos existentes e especificações de componentes, Bussard baseou seus cálculos no estado da arte dos reatores nucleares.[9] O estudo considerou várias faixas de alcance e tamanhos de carga útil, superando as conclusões pessimistas da Consolidated, que se limitavam a um intervalo estreito de possibilidades.[8]

O relatório, intitulado Nuclear Energy for Rocket Propulsion (Energia Nuclear para Propulsão de Foguetes), destacou que a propulsão nuclear não é limitada por considerações de energia de combustão, permitindo o uso de propelentes de baixo peso molecular, como o hidrogênio puro. Enquanto um motor convencional alcançava uma velocidade de exaustão de 2.500 metres per second (8.300 ft/s), um motor nuclear com hidrogênio poderia atingir 6.900 metres per second (22.700 ft/s) nas mesmas condições. Bussard propôs um reator moderado por grafite devido à sua resistência a altas temperaturas e concluiu que os elementos de combustível precisariam de revestimento protetor para resistir à corrosão pelo hidrogênio propelente.[9]

Inicialmente, o estudo teve pouco impacto, pois apenas 29 cópias foram impressas, e ele foi classificado como Dados Restritos [en].[10] Em dezembro de 1953, foi publicado no Journal of Reactor Science and Technology de Oak Ridge, ainda classificado, mas com maior circulação.[6] Darol Froman [en], vice-diretor do LASL, e Herbert York, diretor do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, demonstraram interesse e criaram comitês para investigar a propulsão nuclear de foguetes. Froman convidou Bussard para colaborar com o LASL por uma semana por mês.[11]

Aprovação

O estudo de Bussard atraiu a atenção de John von Neumann, que formou um comitê ad hoc sobre Propulsão Nuclear de Mísseis, presidido por Mark Mills [en], vice-diretor de Livermore, com membros como Norris Bradbury do LASL, Edward Teller e Herbert York de Livermore, Abe Silverstein [en] do National Advisory Committee for Aeronautics (NACA - Centro de Pesquisa John H. Glenn) e Allen F. Donovan [en] da Ramo-Wooldridge.[11]

Após avaliar vários projetos, o comitê recomendou o desenvolvimento de um estágio superior nuclear para um míssil balístico intercontinental (ICBM). York criou uma nova divisão em Livermore, e Bradbury estabeleceu a Divisão N no LASL, liderada por Raemer Schreiber.[12] Em março de 1956, o Projeto de Armas Especiais das Forças Armadas [en] (AFSWP) recomendou alocar US$ 100 milhões ($1121 milhões em 2023) ao projeto de motor nuclear de foguete ao longo de três anos, para que os dois laboratórios conduzissem estudos de viabilidade e construíssem instalações de teste.[13]

Eger V. Murphree e Herbert Loper [en], da Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos, foram mais cautelosos. O programa do míssil Atlas avançava bem, e com ogivas nucleares menores, mais leves e mais potentes, a necessidade de um novo estágio superior parecia fraca. Contudo, o projeto ganhou um forte aliado político no senador Clinton P. Anderson, do Novo México, vice-presidente do Comitê Conjunto de Energia Atômica do Congresso dos Estados Unidos, próximo de von Neumann, Bradbury e Ulam, que garantiu o financiamento.[13]

Todo o trabalho no foguete nuclear foi consolidado em Los Alamos, sob o codinome Projeto Rover, enquanto Livermore ficou responsável pelo desenvolvimento do ramjet nuclear, codinome Projeto Pluto.[14] O Projeto Rover foi dirigido por um oficial da ativa da Força Aérea destacado para a AEC, o tenente-coronel Harold R. Schmidt, subordinado a outro oficial da Força Aérea, o coronel Jack L. Armstrong, que também gerenciava o Pluto e os projetos Sistemas para Energia Nuclear Auxiliar [en] (SNAP).[15]

Conceitos de projeto

Em princípio, o projeto de um motor de foguete termonuclear é relativamente simples: uma turbobomba força o hidrogênio através de um reator nuclear, onde é aquecido a temperaturas muito altas e, em seguida, expelido por um bocal de foguete [en] para gerar empuxo.[16] No entanto, desafios significativos logo se tornaram evidentes. O primeiro era encontrar um meio de controlar a temperatura e a potência do reator. O segundo era desenvolver uma forma de armazenar o propelente. A única maneira prática de armazenar hidrogênio era na forma líquida, exigindo temperaturas abaixo de 20 K (−253,2 °C). O terceiro desafio era que o hidrogênio seria aquecido a cerca de 2.500 K (2.230 °C), demandando materiais capazes de suportar tais temperaturas e resistir à corrosão pelo hidrogênio.[16]

Diagrama em corte do motor de foguete Kiwi.

O hidrogênio líquido era teoricamente o melhor propelente possível, mas, no início dos anos 1950, era caro e disponível apenas em pequenas quantidades.[17] Em 1952, a AEC e o National Bureau of Standards abriram uma fábrica perto de Boulder, Colorado, para produzir hidrogênio líquido para o programa de armas termonucleares.[18] Antes de optar pelo hidrogênio líquido, o LASL considerou outros propelentes, como metano ( CH4) e amônia ( NH3). A amônia, usada em testes de 1955 a 1957, era barata, fácil de obter, líquida a 239 K (−34 °C), e fácil de bombear e manipular. Contudo, era muito mais pesada que o hidrogênio líquido, reduzindo o impulso do motor; também se mostrou mais corrosiva e apresentava propriedades neutrônicas indesejáveis.[19]

Para o combustível, foram considerados plutônio-239, urânio-235 e urânio-233. O plutônio foi descartado porque, embora forme compostos facilmente, não alcançava temperaturas tão altas quanto as do urânio. O urânio-233 foi seriamente considerado, pois, em comparação com o urânio-235, é ligeiramente mais leve, possui maior número de nêutrons por evento de fissão e alta probabilidade de fissão, o que poderia reduzir o peso do combustível. No entanto, suas propriedades radioativas dificultavam o manuseio, e ele não estava prontamente disponível.[20][21] Assim, o urânio altamente enriquecido foi escolhido.[22]

Para os materiais estruturais do reator, a escolha recaiu sobre grafite ou metais.[20] Entre os metais, o tungstênio destacou-se, mas era caro, difícil de fabricar e apresentava propriedades neutrônicas indesejáveis. Para contornar isso, propôs-se o uso de tungstênio-184, que não absorve nêutrons.[23] O grafite foi escolhido por ser barato, tornar-se mais resistente a temperaturas de até 3.300 K (3.030 °C) e sublimar em vez de derreter a 3.900 K (3.630 °C).[24]

Para controlar o reator, o núcleo era cercado por hastes de controle revestidos com grafite ou berílio (um moderador de nêutrons) de um lado e boro (um veneno nuclear) do outro. A potência do reator podia ser ajustada pela rotação dos tambores.[25] Para aumentar o empuxo, bastava incrementar o fluxo de propelente. O hidrogênio, seja puro ou em compostos como a amônia, é um moderador nuclear eficiente, e o aumento do fluxo elevava a taxa de reações no núcleo, compensando o resfriamento proporcionado pelo hidrogênio. À medida que o hidrogênio se aquece, ele se expande, reduzindo a quantidade no núcleo para remover calor, estabilizando a temperatura. Esses efeitos opostos estabilizam a reatividade, tornando o motor de foguete nuclear naturalmente muito estável, com o empuxo facilmente controlado ao variar o fluxo de hidrogênio sem alterar os tambores de controle.[26]

O LASL desenvolveu uma série de conceitos de projeto, cada um com seu próprio codinome: Uncle Tom, Uncle Tung, Bloodhound e Shish.[27] Em 1955, foi adotado um projeto de 1.500 megawatt (MW) chamado Old Black Joe. Em 1956, este serviu de base para um projeto de 2.700 MW, destinado a ser o estágio superior de um ICBM.[20]

Transferência para a NASA

O presidente John F. Kennedy (à direita) visita a Estação de Desenvolvimento de Foguetes Nucleares. À esquerda do presidente estão Glenn Seaborg, presidente da Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos; o senador Howard Cannon [en]; Harold Finger [en], gerente do Escritório de Propulsão Nuclear Espacial [en]; e Alvin C. Graves [en], diretor de atividades de teste no Laboratório Nacional de Los Alamos.

Em 1957, o projeto do míssil Atlas avançava bem, e com ogivas nucleares menores e mais leves disponíveis, a necessidade de um estágio superior nuclear praticamente desapareceu.[28][29] Em 2 de outubro de 1957, a AEC propôs cortar o orçamento do Projeto Rover, mas a proposta foi rapidamente superada pelos acontecimentos.[30]

Dois dias depois, a União Soviética lançou o Sputnik 1, o primeiro satélite artificial. Isso despertou temores e imaginações ao redor do mundo, demonstrando que a União Soviética tinha capacidade de lançar armas nucleares a distâncias intercontinentais, minando as noções americanas de superioridade militar, econômica e tecnológica.[31] Isso desencadeou a Crise do Sputnik e deu início à Corrida Espacial, uma nova área de competição na Guerra Fria.[32] Anderson queria transferir a responsabilidade pelo programa espacial dos EUA para a AEC,[33] mas o presidente Dwight D. Eisenhower respondeu criando a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA), que absorveu o NACA.[34]

Donald A. Quarles [en], vice-secretário de Defesa [en], reuniu-se com T. Keith Glennan, o novo administrador da NASA, e Hugh Dryden, seu vice, em 20 de agosto de 1958,[35] um dia após sua posse na Casa Branca.[36] O Projeto Rover foi o primeiro item da pauta. Quarles estava ansioso para transferi-lo à NASA, pois o projeto não tinha mais propósito militar.[15] Abe Silverstein, trazido por Glennan a Washington, D.C., para organizar o programa de voos espaciais da NASA,[37] tinha um longo interesse em tecnologia de foguetes nucleares. Ele foi o primeiro oficial sênior do NACA a demonstrar interesse em pesquisas de foguetes,[38] iniciou estudos sobre o uso de hidrogênio como propelente de foguetes,[39] participou do projeto Propulsão Nuclear de Aeronaves [en] (ANP), construiu o Reator Plum Brook [en] da NASA e criou um grupo de propulsão nuclear de foguetes em Lewis, sob a liderança de Harold Finger [en].[40]

A responsabilidade pelos componentes não nucleares do Projeto Rover foi oficialmente transferida da Força Aérea dos Estados Unidos (USAF) para a NASA em 1º de outubro de 1958,[41] o dia em que a NASA tornou-se operacional e assumiu a responsabilidade pelo programa espacial civil dos EUA.[42] O Projeto Rover passou a ser um projeto conjunto da NASA e da AEC.[41] Silverstein nomeou Finger, de Lewis, para supervisionar o desenvolvimento do foguete nuclear. Em 29 de agosto de 1960, a NASA criou o Escritório de Propulsão Nuclear Espacial [en] (SNPO) para gerenciar o projeto.[43] Finger foi nomeado gerente, com Milton Klein [en], da AEC, como seu vice.[44]

Um "Acordo entre NASA e AEC sobre a Gestão de Contratos de Motores de Foguetes Nucleares" foi assinado pelo vice-administrador da NASA, Robert Seamans [en], e pelo gerente geral da AEC, Alvin Luedecke [en], em 1º de fevereiro de 1961. Isso foi seguido por um "Acordo Interagências sobre o Programa de Desenvolvimento de Propulsão Nuclear de Foguetes Espaciais (Projeto Rover)", assinado por eles em 28 de julho de 1961.[45] O SNPO também assumiu a responsabilidade pelo SNAP, com Armstrong tornando-se assistente do diretor da Divisão de Desenvolvimento de Reatores da AEC, e o tenente-coronel G. M. Anderson, ex-oficial do projeto SNAP no extinto Escritório de Propulsão Nuclear de Aeronaves (ANPO), assumiu como chefe do ramo SNAP na nova divisão.[44]

Em 25 de maio de 1961, o presidente John F. Kennedy discursou em uma sessão conjunta do Congresso. "Primeiro," anunciou, "acredito que esta nação deve se comprometer a alcançar o objetivo, antes do fim desta década, de pousar um homem na Lua e trazê-lo de volta à Terra em segurança." Ele prosseguiu: "Em segundo lugar, um adicional de 23 milhões de dólares, junto com 7 milhões de dólares já disponíveis, acelerará o desenvolvimento do foguete nuclear Rover. Isso promete, algum dia, fornecer um meio para uma exploração espacial ainda mais empolgante e ambiciosa, talvez além da Lua, talvez até o fim do próprio Sistema Solar." [46]

Local de testes

Disposição das instalações na Estação de Desenvolvimento de Foguetes Nucleares em Jackass Flats.

Os reatores nucleares do Projeto Rover foram construídos na Área Técnica 18 (TA-18) do LASL, também conhecida como Sítio Pajarito. Os combustíveis e componentes internos do motor foram fabricados no complexo Sigma, em Los Alamos. Testes de elementos de combustível e ciência de materiais foram realizados pela Divisão N do LASL na TA-46, utilizando diversos fornos e, posteriormente, um reator de teste personalizado, o Nuclear Furnace. Funcionários das divisões de Testes (J) e Metalurgia Química Baker (CMB) do LASL também participaram do Projeto Rover.[47] Para cada motor, eram construídos dois reatores: um para experimentos de potência crítica zero [en] em Los Alamos e outro para testes de potência total.[29] Os reatores eram testados em potência muito baixa antes de serem enviados ao local de testes.[47]

Em 1956, a AEC destinou 127.200 hectares (314.000 acres) de uma área conhecida como Jackass Flats, na Área 25 do Local de Testes de Nevada, para uso do Projeto Rover.[48] A construção das instalações de teste começou em meados de 1957. Todos os materiais e suprimentos precisavam ser trazidos de Las Vegas. A Célula de Teste A consistia em uma série de cilindros de gás hidrogênio e uma parede de concreto com 0,91 metres (3 ft) de espessura para proteger os instrumentos eletrônicos da radiação do reator. A sala de controle ficava a 3,2 kilometres (2 mi) de distância. O revestimento plástico dos cabos de controle foi danificado por roedores escavadores, exigindo substituição. O reator era testado com sua pluma de exaustão no ar, permitindo que quaisquer produtos de fissão radioativos captados do núcleo fossem dispersados com segurança.[20]

O edifício de manutenção e desmontagem do reator (R-MAD) era, em muitos aspectos, uma célula quente [en] típica da indústria nuclear, com paredes de concreto espessas, janelas de cristal de chumbo e braços de manipulação remota. Sua singularidade estava em seu tamanho: 76 metres (250 ft) de comprimento, 43 metres (140 ft) de largura e 19 metres (63 ft) de altura, permitindo que o motor fosse movido em um vagão ferroviário.[20] A ferrovia, apelidada de "Jackass and Western Railroad", era descrita com humor como a mais curta e lenta do mundo.[49] Havia duas locomotivas: a L-1, elétrica e controlada remotamente, e a L-2, diesel-elétrica, controlada manualmente, com blindagem contra radiação ao redor da cabine.[20]

A Célula de Teste C deveria ser concluída em 1960, mas a NASA e a AEC não solicitaram fundos para construções adicionais naquele ano; o senador Clinton P. Anderson providenciou os recursos mesmo assim. Atrasos na construção obrigaram-no a intervir pessoalmente.[50] Em agosto de 1961, a União Soviética encerrou o moratório de testes nucleares em vigor desde novembro de 1958, e o presidente John F. Kennedy retomou os testes nos EUA em setembro.[51] Com um segundo programa intensivo no Local de Testes de Nevada, a mão de obra tornou-se escassa, e houve uma greve.[52]

Célula de Teste C com seus gigantescos frascos de Dewar.

Após o fim da greve, os trabalhadores enfrentaram as dificuldades de lidar com o hidrogênio, que podia vazar por orifícios microscópicos pequenos demais para permitir a passagem de outros fluidos. Em 7 de novembro de 1961, um pequeno acidente causou uma liberação violenta de hidrogênio. O complexo tornou-se operacional em 1964. O SNPO previa a construção de um motor de foguete nuclear de 20.000 MW, então o supervisor de construção, Keith Boyer, contratou a Chicago Bridge & Iron Company [en] para construir dois gigantescos frascos de Dewar de 1.900.000-litre (500.000 US gal). Um edifício de manutenção e desmontagem de motores (E-MAD) foi adicionado, maior que um campo de futebol, com paredes de concreto espessas e baias blindadas para montagem e desmontagem de motores. Havia também um suporte de teste de motor (ETS-1), com mais dois planejados.[52]

Havia ainda uma instalação de armazenamento de materiais radioativos (RMSF), um local de 8,5 hectares (21 acres) aproximadamente equidistante do E-MAD, da Célula de Teste C e do ETS-1. Era cercado por uma cerca de arame ciclone com iluminação de perímetro de quartzo. A ferrovia de via única que conectava as instalações tinha um ramal que passava por um portão principal até a área de armazenamento, onde se dividia em sete ramais. Dois deles levavam a bunkers de 55,3-square-metre (595 sq ft). A instalação armazenava uma ampla variedade de itens contaminados radioativamente.[53]

Em fevereiro de 1962, a NASA anunciou a criação da Estação de Desenvolvimento de Foguetes Nucleares (NRDS) em Jackass Flats, e em junho foi estabelecido um ramo do SNPO em Las Vegas (SNPO-N) para gerenciá-la.[45] Os trabalhadores da construção foram alojados em Mercury, Nevada. Mais tarde, trinta trailers foram trazidos para Jackass Flats, criando uma vila chamada "Boyerville", em homenagem ao supervisor Keith Boyer.[20]

Kiwi

A primeira fase do Projeto Rover, chamada Kiwi, foi nomeada em referência ao pássaro quiuí da Nova Zelândia, que não voa, assim como os motores Kiwi não foram projetados para voar. Sua função era verificar o projeto e testar o comportamento dos materiais utilizados.[20] O programa Kiwi desenvolveu uma série de motores nucleares de teste não voáveis, focando na melhoria da tecnologia de reatores resfriados a hidrogênio. Entre 1959 e 1964, foram construídos e testados oito reatores. O Kiwi foi considerado uma prova de conceito para motores de foguetes nucleares.[54]

Kiwi A

Raemer Schreiber com um cartaz do Projeto Rover em 1959.

O primeiro teste do Kiwi A, o primeiro modelo do motor Kiwi, foi realizado em Jackass Flats em 1º de julho de 1959. O Kiwi A tinha um núcleo cilíndrico com 1,327 metres (132,7 cm) de altura e 0,838 metres (83,8 cm) de diâmetro. Uma ilha central continha água pesada que atuava como refrigerante e moderador, reduzindo a quantidade de óxido de urânio necessária. As hastes de controle ficavam dentro da ilha, cercada por 960 placas de combustível de grafite carregadas com partículas de combustível de óxido de urânio de 4-micrometre (1,3×10−5 ft) e uma camada de 240 placas de grafite.[55] O núcleo era envolto por 0,432 metres (43,2 cm) de moderador de lã de grafite e encasulado em uma carcaça de alumínio. O hidrogênio gasoso foi usado como propelente, com um fluxo de 3,2 kilograms per segundo (7,1 lb/s). Projetado para produzir 100 MW, o motor operou a 70 MW por 5 minutos. A temperatura do núcleo foi muito mais alta que o esperado, atingindo até 2.900 K (2.630 °C), devido à rachadura das placas de grafite, suficiente para derreter parte do combustível.[55]

Uma série de melhorias foi feita para o teste seguinte, em 8 de julho de 1960, criando o motor Kiwi A Prime. Os elementos de combustível foram extrudados em cilindros e revestidos com carbeto de nióbio [en] ( NbC) para resistir à corrosão. Seis elementos foram empilhados de ponta a ponta e colocados em sete orifícios nos módulos de grafite, formando módulos de combustível de 1,37-metre (137 cm). O reator atingiu 88 MW por 307 segundos, com uma temperatura média de saída de gás do núcleo de 2.178 K. O teste foi prejudicado por falhas em três módulos do núcleo, mas a maioria sofreu poucos ou nenhum dano.[56] O teste foi observado pelo senador Clinton P. Anderson e delegados da Convenção Nacional Democrata de 1960. Na convenção, Anderson incluiu o apoio a foguetes nucleares na plataforma do Partido Democrata.[57]

O terceiro e último teste da série Kiwi A foi realizado em 19 de outubro de 1960. O motor Kiwi A3 usou elementos de combustível cilíndricos de 69-centimetre (27 in) com revestimento de carbeto de nióbio. O plano de teste previa operar o motor a 50 MW (meia potência) por 106 segundos e, depois, a 92 MW por 250 segundos. A potência de 50 MW foi alcançada com um fluxo de propelente de 2,36 kilograms per segundo (5,2 lb/s), mas a temperatura do gás de saída foi de 1.861 K, mais de 300 K acima do esperado. Após 159 segundos, a potência foi aumentada para 90 MW. Para estabilizar a temperatura do gás de saída em 2.173 K, o fluxo de combustível foi aumentado para 3,81 kilograms per segundo (8,4 lb/s). Descobriu-se posteriormente que o sistema de medição de potência neutrônica estava calibrado incorretamente, e o motor operou, na verdade, a uma média de 112,5 MW por 259 segundos, bem acima de sua capacidade projetada. Apesar disso, o núcleo sofreu menos danos que no teste do Kiwi A Prime.[58]

O Kiwi A foi considerado um sucesso como prova de conceito para motores de foguetes nucleares. Ele demonstrou que o hidrogênio podia ser aquecido em um reator nuclear às temperaturas necessárias para propulsão espacial e que o reator podia ser controlado.[59] Harold Finger prosseguiu e solicitou propostas da indústria para o desenvolvimento do NERVA com base no projeto do motor Kiwi.[60] A partir de então, o Rover passou a integrar o NERVA; enquanto o Rover focava na pesquisa de projetos de reatores de foguetes nucleares, o NERVA envolvia o desenvolvimento e implantação de motores de foguetes nucleares e o planejamento de missões espaciais.[61]

Kiwi B

O diretor do Laboratório Nacional de Los Alamos, Norris Bradbury (à esquerda), em frente ao reator Kiwi B4-A.

O objetivo original do LASL era desenvolver um motor de foguete nuclear de 10.000 MW capaz de lançar 11.000 kilograms (25.000 lb) em uma órbita de 480 kilometres (300 mi). Esse motor, codinome Condor, em referência às grandes aves voadoras, contrastava com o pequeno Kiwi, que não voava. No entanto, em outubro de 1958, a NASA estudou a instalação de um estágio superior nuclear em um míssil Titan I e concluiu que, nessa configuração, um reator de 1.000 MW poderia colocar 6.400 kilograms (14.000 lb) em órbita. Essa configuração foi usada em estudos do Nova, tornando-se o objetivo do Projeto Rover. O LASL planejou realizar dois testes com o Kiwi B, um projeto intermediário de 1.000 MW, em 1961 e 1962, seguidos por dois testes do Kiwi C, um protótipo, em 1963, e um teste em voo (RIFT) de um motor de produção em 1964.[25]

Para o Kiwi B, o LASL fez várias alterações no projeto para obter maior desempenho. O núcleo central foi eliminado, o número de orifícios de resfriamento em cada elemento de combustível hexagonal foi aumentado de quatro para sete, e o refletor de grafite foi substituído por um de berílio com 20-centimetre (8 in) de espessura.[58] Embora o berílio fosse mais caro, difícil de fabricar e altamente tóxico, era muito mais leve, resultando em uma economia de 1.100 kilograms (2.500 lb). Devido ao atraso na preparação da Célula de Teste C, algumas características previstas para o Kiwi C foram incorporadas ao Kiwi B2, incluindo um bocal resfriado por hidrogênio líquido em vez de água, uma nova turbobomba da Rocketdyne e uma inicialização bootstrap,[25] na qual o reator era iniciado apenas com sua própria potência.[62]

O teste do Kiwi B1A, o último a usar hidrogênio gasoso em vez de líquido, estava inicialmente agendado para 7 de novembro de 1961. Na manhã do teste, uma válvula com vazamento causou uma violenta explosão de hidrogênio, que destruiu as paredes do galpão e feriu vários trabalhadores; muitos sofreram rupturas de tímpano, e um fraturou o osso do calcanhar. O reator permaneceu intacto, mas houve danos extensos ao vagão de teste e à instrumentação, adiando o teste por um mês. Uma segunda tentativa em 6 de dezembro foi abortada quando se descobriu que muitos termopares de diagnóstico haviam sido instalados incorretamente. Finalmente, em 7 de dezembro, o teste foi realizado. A intenção era operar o motor a 270 MW por 300 segundos, mas o teste foi desligado [en] após 36 segundos a 225 MW devido ao surgimento de fogos de hidrogênio. Todos os termopares funcionaram corretamente, fornecendo dados úteis. O fluxo médio de hidrogênio durante a parte de potência total foi de 9,1 kilograms per segundo (20 lb/s).[63][64]

O LASL planejava testar o Kiwi B2, mas falhas estruturais exigiram uma reformulação. A atenção então se voltou para o B4, um projeto mais radical. Ao tentar inserir os aglomerados de combustível no núcleo, descobriu-se que eles tinham nêutrons em excesso, levantando temores de que o reator pudesse iniciar inesperadamente. O problema foi atribuído à absorção de água do ar seco do Novo México durante o armazenamento. A solução foi adicionar mais veneno nuclear, e os elementos de combustível passaram a ser armazenados em atmosfera inerte. A Divisão N decidiu testar o motor reserva B1, o B1B, apesar de dúvidas baseadas nos resultados do teste B1A, para obter mais dados sobre o desempenho e comportamento do hidrogênio líquido.[65][66] No início, em 1º de setembro de 1962, o núcleo tremeu, mas alcançou 880 MW. Flashes de luz ao redor do bocal indicaram a ejeção de pelotas de combustível; posteriormente, confirmou-se que onze haviam sido ejetadas. Em vez de desligar, os testadores rotacionaram os tambores para compensar, conseguindo operar em potência total por alguns minutos antes que um sensor explodisse, iniciando um incêndio, e o motor fosse desligado. A maioria, mas não todos, dos objetivos do teste foram alcançados.[66][67]

O teste seguinte da série foi o do Kiwi B4A, em 30 de novembro de 1962. Um flash de chama foi observado quando o reator atingiu 120 MW. A potência foi aumentada para 210 MW, mantida por 37 segundos. Depois, ao atingir 450 MW, os flashes tornaram-se frequentes, e o motor foi desligado após 13 segundos. Após o teste, descobriu-se que 97% dos elementos de combustível estavam danificados.[68] As dificuldades de usar hidrogênio líquido foram reconhecidas, e a causa das vibrações e falhas foi diagnosticada como vazamento de hidrogênio no espaço entre o núcleo e o vaso de pressão.[69] Diferentemente de um motor químico, que provavelmente explodiria após danos, o motor permaneceu estável e controlável. Os testes demonstraram que um motor de foguete nuclear seria robusto e confiável no espaço.[66]

Teste de ignição do Kiwi A Prime.

O presidente John F. Kennedy visitou Los Alamos em 7 de dezembro de 1962 para uma apresentação sobre o Projeto Rover.[70] Foi a primeira vez que um presidente dos EUA visitou um laboratório de armas nucleares. Ele trouxe uma grande comitiva, incluindo Lyndon Johnson, McGeorge Bundy, Jerome Wiesner [en], Harold Brown, Donald Hornig [en], Glenn Seaborg, Robert Seamans, Harold Finger e Clinton Anderson. No dia seguinte, eles voaram para Jackass Flats, tornando Kennedy o único presidente a visitar um local de testes nucleares. O Projeto Rover recebeu US$ 187 milhões em 1962, e a AEC e a NASA solicitaram mais US$ 360 milhões em 1963. Kennedy destacou as dificuldades orçamentárias de sua administração, e seus oficiais e conselheiros debateram o futuro do Projeto Rover e do programa espacial em geral.[71]

Finger reuniu uma equipe de especialistas em vibrações de outros centros da NASA, junto com funcionários do LASL, da Aerojet e da Westinghouse, para realizar testes de "fluxo frio" com elementos de combustível sem material físsil. Nitrogênio, hélio e hidrogênio gasoso foram bombeados pelo motor para induzir vibrações. Determinou-se que elas eram causadas por instabilidade [en] no fluxo de líquido pelos espaços entre os elementos de combustível adjacentes. Uma série de pequenas alterações no projeto foi feita para resolver o problema de vibração.[72][73] No teste do Kiwi B4D, em 13 de maio de 1964, o reator foi iniciado automaticamente e operado brevemente em potência total (990 MW) sem problemas de vibração. O teste foi interrompido após 64 segundos, quando tubos do bocal romperam, causando um vazamento de hidrogênio ao redor do bocal que iniciou um incêndio. O resfriamento foi realizado com hidrogênio e 3.266 kilograms (7.200 lb) de nitrogênio gasoso. Após a inspeção, nenhum elemento de combustível danificado foi encontrado.[74]

O teste final foi o do Kiwi B4E, em 28 de agosto, no qual o reator operou por doze minutos, oito dos quais em potência total (937 MW). Este foi o primeiro teste a usar pelotas de carbeto de urânio em vez de óxido de urânio, com um revestimento de carbeto de nióbio de 0,0508-millimetre (0,002 in). Essas pelotas oxidavam ao aquecer, perdendo carbono na forma de gás monóxido de carbono. Para minimizar isso, as partículas foram aumentadas (50 to 150 micrometres (0,00016 to 0,00049 ft) de diâmetro) e receberam um revestimento protetor de grafite pirolítico. Em 10 de setembro, o Kiwi B4E foi reiniciado e operado a 882 MW por dois minutos e meio, demonstrando a capacidade de um motor de foguete nuclear de ser desligado e reiniciado.[75][76]

Em setembro de 1964, testes foram realizados com um motor Kiwi B4 e o PARKA, um reator Kiwi usado para testes em Los Alamos. Os dois reatores foram operados a 4,9 metres (16 ft), 2,7 metres (9 ft) e 1,8 metres (6 ft) de distância, e medições de reatividade foram feitas. Esses testes mostraram que os nêutrons produzidos por um reator causavam fissões no outro, mas o efeito era insignificante: 3, 12 e 24 cents [en], respectivamente. Os testes demonstraram que motores de foguetes nucleares adjacentes não interfeririam uns com os outros, permitindo que fossem agrupados, assim como os motores químicos frequentemente eram.[65][66][77][78]

Phoebus

Motor de foguete nuclear Phoebus na ferrovia Jackass and Western.

O próximo passo no programa de pesquisa do LASL foi construir um reator maior.[79] O tamanho do núcleo determina a quantidade de hidrogênio, necessário para resfriamento, que pode ser forçada através dele, e a quantidade de combustível de urânio que pode ser carregada.[80] Em 1960, o LASL começou a planejar um reator de 4.000 MW com um núcleo de 89-centimetre (35 in). Inicialmente, o LASL decidiu nomeá-lo Phoebe, em homenagem à deusa grega da Lua, mas outro projeto de arma nuclear já usava esse nome, então foi alterado para Phoebus, um nome alternativo para Apolo. O Phoebus enfrentou oposição do SNPO, que queria um reator de 20.000 MW. O LASL considerava que as dificuldades de construir e testar um reator tão grande estavam sendo subestimadas; para construir o projeto de 4.000 MW, já era necessário um novo bocal e uma turbobomba aprimorada da Rocketdyne. Seguiu-se um prolongado conflito burocrático.[79]

Em março de 1963, o SNPO e o Centro de Voos Espaciais Marshall (MSFC) contrataram os Laboratórios de Tecnologia Espacial (STL) para produzir um relatório sobre o tipo de motor de foguete nuclear necessário para missões entre 1975 e 1990. Essas missões incluíam expedições tripuladas interplanetárias iniciais (EMPIRE), sobrevoos e passagens planetárias, e um transporte lunar. O relatório de nove volumes, entregue em março de 1965, e um estudo complementar concluíram que essas missões poderiam ser realizadas com um motor de 4.100 MW com impulso específico de 825 segundos (8,09 km/s). Isso era consideravelmente menor do que se pensava necessário inicialmente. Desse estudo, surgiu a especificação para um motor de foguete nuclear de 5.000 MW, conhecido como NERVA II.[81][82]

O LASL e o SNPO chegaram a um acordo para que o LASL construísse duas versões do Phoebus: o Phoebus I, com um núcleo de 89-centimetre (35 in), para testar combustíveis, materiais e conceitos avançados, e o Phoebus II, maior, com núcleo de 140-centimetre (55 in), como protótipo para o NERVA II. Ambos seriam baseados no Kiwi. O foco era alcançar maior potência do que os motores Kiwi e manter a potência máxima por mais tempo. O trabalho no Phoebus I começou em 1963, com três motores construídos, denominados 1A, 1B e 1C.[79]

Phoebus no Museu Nacional de Testes Atômicos [en] em Las Vegas.

O Phoebus 1A foi testado em 25 de junho de 1965, operando em potência total (1.090 MW) por dez minutos e meio. Infelizmente, o ambiente de radiação intensa fez com que um dos medidores de capacitância apresentasse leituras erradas. Confrontados com um medidor indicando que o tanque de propelente de hidrogênio estava quase vazio e outro indicando que estava um quarto cheio, os técnicos na sala de controle escolheram acreditar no último. Essa foi a escolha errada; o tanque estava quase vazio, e o propelente acabou. Sem hidrogênio líquido para resfriá-lo, o motor, operando a 2.270 K (2.000 °C), superaqueceu rapidamente e explodiu. Cerca de um quinto do combustível foi ejetado, e a maior parte do restante derreteu.[79][83]

A área de teste foi deixada por seis semanas para permitir que os produtos de fissão altamente radioativos decaíssem. Uma niveladora com uma lâmina de borracha foi usada para empilhar a terra contaminada para ser recolhida. Como isso não funcionou, um aspirador de 150-kilowatt (200 hp) foi usado para coletar a terra. Fragmentos na plataforma de teste foram inicialmente recolhidos por um robô, mas o processo era lento, e homens com trajes protetores foram usados, coletando pedaços com pinças e colocando-os em latas de tinta cercadas por chumbo, montadas em carrinhos com rodas. Isso resolveu a contaminação principal; o restante foi lascado, varrido, esfregado, lavado ou coberto com tinta. O esforço de descontaminação envolveu quatrocentos pessoas, levou dois meses e custou US$ 50.000. A dose média de radiação recebida pelos trabalhadores foi de 0,66 rems (0,0066 Sv), com um máximo de 3 rems (0,030 Sv); o LASL limitava seus funcionários a 5 rems (0,050 Sv) por ano.[79]

O teste seguinte foi do Phoebus 1B, iniciado em 10 de fevereiro de 1967, operando a 588 MW por dois minutos e meio. Para evitar uma repetição do acidente do Phoebus 1A, um frasco de Dewar de 30.000 litros de alta pressão (5.200-kilopascal (750 psi)) foi instalado para fornecer hidrogênio líquido emergencial em caso de falha do sistema primário de propelente. Um segundo teste, em 23 de fevereiro de 1967, operou por 46 minutos, 30 dos quais acima de 1.250 MW, alcançando uma potência máxima de 1.450 MW e uma temperatura de gás de 2.444 K (2.171 °C). O teste foi bem-sucedido, mas alguma corrosão foi observada.[84]

Seguiu-se o teste do Phoebus 2A, maior. Uma execução preliminar de baixa potência (2.000 MW) foi realizada em 8 de junho de 1968, seguida por uma execução em potência total em 26 de junho. O motor operou por 32 minutos, 12,5 dos quais acima de 4.000 MW, alcançando uma potência máxima de 4.082 MW. Nesse ponto, a temperatura da câmara era de 2.256 K (1.983 °C), com um fluxo total de 118,8 kilograms per segundo (262 lb/s). A potência máxima não pôde ser mantida porque os segmentos da banda de fixação conectando o núcleo ao vaso de pressão atingiram o limite de 417 K (144 °C). Um terceiro teste, em 18 de julho, alcançou 1.280 MW, e um quarto, no mesmo dia, atingiu cerca de 3.500 MW.[85][86] Uma anomalia intrigante foi que a reatividade era menor que o esperado. O hidrogênio líquido pode ter resfriado excessivamente o refletor de berílio, reduzindo suas propriedades moderadoras. Alternativamente, o hidrogênio possui dois isômeros spin: o parahidrogênio é um moderador de nêutrons, mas o ortohidrogênio é um veneno, e o alto fluxo de nêutrons pode ter convertido parte do parahidrogênio em ortohidrogênio.[87]

Pewee

A terceira fase do Projeto Rover, chamada Pewee, em referência ao pewee [en], uma pequena ave norte-americana, era um reator pequeno, fácil de testar e de tamanho conveniente para missões interplanetárias científicas não tripuladas ou pequenos "rebocadores" nucleares. Seu principal objetivo era testar elementos de combustível avançados sem o custo de um motor de tamanho completo. O Pewee levou apenas dezenove meses para ser desenvolvido, desde a autorização do SNPO em junho de 1967 até seu primeiro teste em escala total em dezembro de 1968.[88]

O Pewee tinha um núcleo de 53-centimetre (21 in) contendo 36 kilograms (80 lb) com 402 elementos de combustível e 132 elementos de suporte. Dos 402 elementos de combustível, 267 foram fabricados pelo LASL, 124 pelo Laboratório Astronuclear da Westinghouse [en], e 11 no Complexo de Segurança Nacional Y-12 da AEC. A maioria era revestida com carbeto de nióbio ( NbC), mas alguns usavam carbeto de zircônio [en] ( ZrC); a maioria também tinha um revestimento protetor de molibdênio. Havia preocupações de que um reator tão pequeno não alcançasse criticidade [en], então hidreto de zircônio [en] (um bom moderador) foi adicionado, e a espessura do refletor de berílio foi aumentada para 20 centimetres (8 in). Havia nove tambores de controle. O reator, incluindo o vaso de pressão de alumínio, pesava 2.570 kilograms (5.670 lb).[88][89][90]

O Pewee 1 foi iniciado três vezes: para verificação em 15 de novembro de 1968, para um teste de curta duração em 21 de novembro, e para um teste de resistência em potência total em 4 de dezembro. O teste em potência total teve duas pausas, durante as quais o reator operou a 503 MW (1,2 MW por elemento de combustível). A temperatura média do gás de saída foi de 2.550 K (2.280 °C), a mais alta registrada pelo Projeto Rover. A temperatura da câmara foi de 2.750 K (2.480 °C), outro recorde. O teste mostrou que o carbeto de zircônio era mais eficaz na prevenção de corrosão do que o carbeto de nióbio. Não houve esforço específico para maximizar o impulso específico, já que esse não era o objetivo do reator, mas o Pewee alcançou um impulso específico no vácuo de 901 segundos (8,84 km/s), bem acima da meta do NERVA. A densidade média de potência foi de 2.340 MW/m3; a densidade máxima atingiu 5.200 MW/m3. Isso era 20% superior ao Phoebus 2A, sugerindo que um motor ainda mais leve e potente poderia ser construído.[89][90]

O LASL levou um ano para modificar o projeto do Pewee para resolver o problema de superaquecimento. Em 1970, o Pewee 2 foi preparado na Célula de Teste C para uma série de testes. O LASL planejava realizar doze execuções em potência total a 2.427 K (2.154 °C), cada uma com dez minutos, com resfriamento a 540 K (267 °C) entre os testes. O SNPO ordenou que o Pewee retornasse ao E-MAD.[88] O problema era a Lei Nacional de Política Ambiental [en] (NEPA), sancionada pelo presidente Richard Nixon em 1º de janeiro de 1970.[91] O SNPO acreditava que as emissões radioativas estavam dentro das diretrizes e não teriam efeitos ambientais adversos, mas um grupo ambientalista discordava.[88] O SNPO preparou um estudo de impacto ambiental completo para os testes do Nuclear Furnace.[92] Enquanto isso, o LASL planejou um teste do Pewee 3, a ser realizado horizontalmente, com um depurador para remover produtos de fissão da pluma de exaustão. Também planejou um Pewee 4 para testar combustíveis e um Pewee 5 para testar pós-combustores. Nenhum desses testes foi realizado.[88]

Nuclear Furnace

Duas formas de combustível testadas pelo Projeto Rover: partículas de combustível de carbeto de urânio [en] revestidas com carbono pirolítico [en] dispersas em um substrato de grafite, e "composto" consistindo de uma dispersão de carbeto de urânio-carbeto de zircônio no substrato de grafite.

O Nuclear Furnace era um reator pequeno, com um décimo do tamanho do Pewee, destinado a fornecer um meio econômico de realizar testes. Originalmente, seria usado em Los Alamos, mas o custo de criar um local de teste adequado era maior do que usar a Célula de Teste C. Ele tinha um núcleo pequeno de 1,46 metres (146 cm) de comprimento e 0,34 metres (34 cm) de diâmetro, contendo 49 elementos de combustível hexagonais. Destes, 47 eram células de combustível "compostas" de carbeto de urânio-carbeto de zircônio, e duas continham um aglomerado de sete elementos de células de combustível de carbeto de urânio-zircônio puro com um único orifício. Nenhum desses tipos havia sido testado antes em um reator de propulsão nuclear de foguete. No total, eram cerca de 5 kg de urânio-235 altamente enriquecido (93%). Para alcançar criticidade com tão pouco combustível, o refletor de berílio tinha mais de 36 centimetres (14 in) de espessura. Cada célula de combustível tinha sua própria jaqueta de resfriamento e moderação com água. Hidrogênio gasoso foi usado em vez de líquido para economizar custos. Um depurador foi desenvolvido.[88][90][93]

Os objetivos dos testes do Nuclear Furnace eram verificar o projeto e testar os novos combustíveis compostos. Entre 29 de junho e 27 de julho de 1972, o NF-1 foi operado quatro vezes em potência total (44 MW) com uma temperatura de gás de saída de 2.444 K (2.171 °C) por um total de 108,8 minutos. O NF-1 operou por 121,1 minutos com uma temperatura de gás de saída acima de 2.222 K (1.949 °C). Alcançou uma densidade média de potência de 4.500 to 5.000 MW/m3 com temperaturas de até 2.500 K (2.230 °C).[94] O depurador funcionou bem, embora volumes de crípton 85 tenha vazado. A Agência de Proteção Ambiental detectou quantidades mínimas, mas nenhuma fora do alcance de teste.[88]

Os testes indicaram que as células de combustível compostas seriam adequadas para operações de duas a seis horas a 2.500 to 2.800 K (2.230 to 2.530 °C), enquanto os combustíveis de carbeto apresentariam desempenho semelhante a 3.000 to 3.200 K (2.730 to 2.930 °C), desde que problemas com rachaduras fossem superados com um projeto aprimorado. Para dez horas de operação, a matriz de grafite seria limitada a 2.200 to 2.300 K (1.930 to 2.030 °C), o composto poderia chegar a 2.480 K (2.210 °C), e o carbeto puro a 3.000 K (2.730 °C). Assim, o programa de testes terminou com três formas viáveis de células de combustível.[93]

Testes de segurança

Em maio de 1961, o presidente John F. Kennedy aprovou os testes em voo de reatores (RIFT). Em resposta, o LASL criou um Escritório de Segurança de Voo do Rover, e o SNPO estabeleceu um Painel de Segurança de Voo do Rover, que apoiava o RIFT. O planejamento do RIFT da NASA previa que até quatro reatores caíssem no Oceano Atlântico. O LASL precisava determinar o que aconteceria se um reator colidisse com a água a milhares de quilômetros por hora. Em particular, era necessário saber se ele se tornaria crítico ou explodiria ao ser inundado por água do mar, um moderador de nêutrons. Havia também preocupação sobre o que aconteceria se ele afundasse a 3,2 kilometres (2 mi) no fundo do Atlântico, sob uma pressão esmagadora. O impacto potencial na vida marinha e a própria existência de vida marinha nessa profundidade precisavam ser considerados.[95]

Um reator nuclear Kiwi foi deliberadamente destruído no teste Kiwi TNT.

O LASL começou imergindo elementos de combustível em água. Em seguida, realizou um teste simulado de entrada em água (SWET), no qual um pistão de 30-centimetre (12 in) foi usado para forçar água no reator o mais rápido possível. Para simular um impacto, um reator simulado foi jogado contra concreto de uma altura de 23 metres (75 ft). Ele ricocheteou 4,6 metres (15 ft) no ar; o vaso de pressão foi amassado, e muitos elementos de combustível racharam, mas cálculos mostraram que ele não se tornaria crítico nem explodiria. No entanto, o RIFT envolvia o NERVA no topo de um foguete Saturno V de 91 metres (300 ft) de altura. Para descobrir o que aconteceria se o foguete explodisse na plataforma de lançamento, um reator simulado foi colidido contra uma parede de concreto usando um trenó de foguete [en]. O núcleo foi comprimido em 5%, e cálculos mostraram que ele se tornaria crítico e explodiria, com uma força equivalente a cerca de 2 kilograms (4,4 lb) de explosivo de alta potência, o que provavelmente seria insignificante em comparação com o dano causado por um foguete em explosão. Perturbadoramente, isso era muito menor do que os 11 kilograms (25 lb) previstos teoricamente, indicando que a modelagem matemática era deficiente.[95]

Quando foi determinado que o NERVA não era necessário para o programa Apollo e não seria preciso até os anos 1970, o RIFT foi adiado[71] e, posteriormente, cancelado em dezembro de 1963. Embora sua reintegração tenha sido frequentemente discutida, nunca ocorreu.[96] Isso eliminou a necessidade de mais testes SWET, mas preocupações com a segurança dos motores de foguetes nucleares permaneceram. Embora um impacto ou explosão não pudesse causar uma explosão nuclear, o LASL estava preocupado com o que aconteceria se o reator superaquecesse. Um teste foi projetado para criar a catástrofe mais devastadora possível, chamado Kiwi-TNT. Normalmente, os tambores de controle giravam a uma velocidade máxima de 45° por segundo até a posição totalmente aberta a 180°. Isso era muito lento para a explosão devastadora desejada, então, para o Kiwi-TNT, eles foram modificados para girar a 4.000° por segundo. O teste foi realizado em 12 de janeiro de 1965. O Kiwi-TNT foi montado em um vagão ferroviário, apelidado de Toonerville Trolley [en], e estacionado a 190 metres (630 ft) da Célula de Teste C. Os tambores foram girados para a configuração máxima a 4.000° por segundo, e o calor vaporizou parte do grafite, resultando em uma explosão colorida que lançou elementos de combustível pelo ar, seguida por uma nuvem altamente radioativa com radioatividade estimada em 1,6 megacuries (59 PBq).[95]

A maior parte da radioatividade na nuvem era composta por césio-138, estrôncio-92, iodo-134, zircônio-97 e crípton-88, com meias-vidas curtas, medidas em minutos ou horas. A nuvem subiu 790 metres (2.600 ft) e derivou para o sudoeste, eventualmente passando por Los Angeles e indo para o mar. Ela foi rastreada por duas aeronaves do Serviço de Saúde Pública dos Estados Unidos [en], que coletaram amostras. O Serviço emitiu dosímetros de filme [en] para pessoas vivendo na borda da área de teste e coletou amostras de leite de fazendas no caminho da nuvem. As análises revelaram que a exposição de pessoas fora do Local de Testes de Nevada era insignificante. A precipitação radioativa no solo também se dissipou rapidamente. Equipes de busca vasculharam a área coletando destroços. O maior pedaço foi uma parte do vaso de pressão pesando 67 kilograms (148 lb), encontrada a 230 metres (750 ft) de distância; outra, pesando 44 kilograms (98 lb), foi encontrada a 520 metres (1.700 ft) de distância.[97]

Instalação E-MAD

A explosão foi relativamente pequena, estimada como equivalente a 91 to 136 kilograms (200 to 300 lb) de pólvora. Foi muito menos violenta que uma explosão de TNT, o que explica os grandes pedaços encontrados. O teste mostrou que o reator não poderia ser destruído no espaço ao ser explodido em pequenos pedaços, então outro método teve que ser encontrado para descartá-lo ao final de uma missão espacial. O LASL decidiu aproveitar a capacidade de reinício do motor para descartar um foguete nuclear, lançando-o em uma órbita alta, onde permaneceria indefinidamente ou retornaria à Terra séculos depois, quando a maior parte da radioatividade já teria decaído. A União Soviética protestou contra o teste, alegando que era um teste nuclear em violação do Tratado de Interdição Parcial de Ensaios Nucleares, mas os EUA responderam que era um teste subcrítico sem explosão. No entanto, o Departamento de Estado dos Estados Unidos ficou muito insatisfeito com a designação Kiwi-TNT do LASL, pois isso implicava uma explosão, dificultando acusar os soviéticos de violar o tratado.[97]

Houve três acidentes fatais durante o Projeto Rover. Um trabalhador morreu em um acidente de veículo motorizado. Outro faleceu por queimaduras após derramar gasolina em fitas de computador classificadas e incendiá-las para descarte. Um terceiro entrou em um tanque de nitrogênio e foi asfixiado.[98]

Cancelamento

O Projeto Rover sempre foi controverso, exigindo batalhas burocráticas e políticas para defendê-lo de críticos. Em 1961, o Gabinete de Orçamento [en] (BOB) e o Comitê Presidencial Consultivo de Ciência [en] (PSAC) questionaram o Rover devido ao seu custo, mas a tentativa foi derrotada pelo Comitê Conjunto de Energia Atômica (JCAE), onde o projeto contava com o forte apoio de Clinton P. Anderson e Howard Cannon no Senado, e Overton Brooks [en] e James G. Fulton [en] na Câmara.[99] Em 1964, o PSAC e o BOB tentaram novamente, e os pedidos de orçamento da NASA foram cortados, mas o Rover permaneceu intacto.[100]

No final dos anos 1960, o custo crescente da Guerra do Vietnã aumentou a pressão sobre os orçamentos. Novos membros da Câmara viam o Rover e o NERVA como um caminho para um programa caro e indefinido de exploração espacial profunda pós-Apollo. No entanto, o Rover manteve o apoio influente de Anderson, Cannon e Margaret Chase Smith no Senado, e Fulton e George P. Miller [en] (que substituiu Brooks como presidente do Comitê de Ciência, Espaço e Tecnologia da Câmara dos Estados Unidos [en] após a morte de Brooks em setembro de 1961) na Câmara.[101]

O Congresso desfinanciou o NERVA II no orçamento de 1967, mas o presidente Lyndon B. Johnson precisava do apoio de Anderson para sua legislação do Medicare, e em 7 de fevereiro de 1967 concordou em fornecer fundos para o NERVA II a partir de seu fundo de contingência.[102] Milton Klein, que sucedeu Harold Finger como chefe do SNPO em 1967, enfrentou duas horas de questionamentos sobre o NERVA II perante o Comitê de Ciência, Espaço e Tecnologia da Câmara dos Estados Unidos [en], que havia cortado o orçamento da NASA. O desfinanciamento do NERVA II economizou US$ 400 milhões, principalmente em novas instalações necessárias para testá-lo. A AEC e a NASA concordaram, pois foi demonstrado que o NERVA I poderia realizar as missões esperadas do NERVA II.[103]

Senador dos EUA Clinton P. Anderson com um foguete Kiwi.

O NERVA tinha várias missões potenciais. A NASA considerava usar o Saturno V e o NERVA em um "Grand Tour [en]" do Sistema Solar. Uma rara alinhamento dos planetas, que ocorre a cada 174 anos, entre 1976 e 1980, permitiria que uma espaçonave visitasse Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Com o NERVA, a espaçonave poderia pesar até 24.000 kilograms (52.000 lb). Isso assumia que o NERVA tivesse um impulso específico de apenas 825 segundos (8,09 km/s); 900 segundos (8,8 km/s) era mais provável, e com isso poderia colocar uma estação espacial de 77.000-kilogram (170.000 lb) do tamanho da Skylab em órbita ao redor da Lua. Viagens repetidas à Lua poderiam ser feitas com o NERVA alimentando um transporte nuclear. Havia também a missão a Marte, que Klein evitava mencionar diplomaticamente,[104] sabendo que, mesmo após o pouso lunar do Apollo 11, a ideia era impopular no Congresso e entre o público.[105]

A pressão por cortes de custos aumentou após Richard Nixon substituir Johnson como presidente em 1969. O financiamento dos programas da NASA foi reduzido no orçamento de 1969, encerrando a linha de produção do Saturn V,[106] mas o NERVA foi mantido. Klein endossou um plano no qual o Ônibus Espacial levaria um motor NERVA para a órbita, retornando depois para buscar combustível e carga. Isso poderia ser repetido, já que o motor NERVA era reiniciável.[104][107] O NERVA manteve o apoio constante de Anderson, Cannon e Smith, mas Anderson estava envelhecendo e delegava muitas de suas funções a Cannon. O NERVA recebeu US$ 88 milhões no ano fiscal (FY) de 1970 e US$ 85 milhões no FY de 1971, com fundos provenientes conjuntamente da NASA e da AEC.[108]

Quando Nixon tentou cancelar o NERVA em 1971, os votos de Anderson e Smith derrotaram o projeto favorito de Nixon, o Boeing 2707 transporte supersônico [en]. Foi uma derrota surpreendente para o presidente.[109] No orçamento do FY de 1972, o financiamento para o ônibus espacial foi cortado, mas o NERVA sobreviveu.[110] Embora o pedido de orçamento fosse de apenas US$ 17,4 milhões, o Congresso alocou US$ 69 milhões; Nixon gastou apenas US$ 29 milhões disso.[108][Notas 1]

Em 1972, o Congresso novamente apoiou o NERVA. Uma coalizão bipartidária liderada por Smith e Cannon apropriou US$ 100 milhões para ele; um motor NERVA que coubesse no compartimento de carga do ônibus espacial foi estimado em cerca de US$ 250 milhões ao longo de uma década. Eles adicionaram uma estipulação de que não haveria mais reprogramação de fundos do NERVA para pagar outras atividades da NASA. A administração Nixon decidiu cancelar o NERVA mesmo assim. Em 5 de janeiro de 1973, a NASA anunciou que o NERVA (e, portanto, o Rover) estava encerrado.[111]

Os funcionários do LASL e do Escritório de Sistemas Nucleares Espaciais (SNSO), como o SNPO foi renomeado em 1970,[112] ficaram atônitos; o projeto de construir um NERVA pequeno que pudesse ser levado a bordo do Ônibus Espacial estava progredindo bem. Demissões começaram imediatamente, e o SNSO foi abolido em junho.[111] Após 17 anos de pesquisa e desenvolvimento, os Projetos Rover e NERVA gastaram cerca de US$ 1,4 bilhão, mas nenhum foguete movido a energia nuclear jamais voou.[113]

Legado

Propulsão nuclear de foguetes

Em 1983, a Iniciativa Estratégica de Defesa ("Guerra nas Estrelas") identificou missões que poderiam se beneficiar de foguetes mais potentes que os químicos, e algumas que só poderiam ser realizadas por tais foguetes.[114] Um projeto de propulsão nuclear, SP-100, foi criado em fevereiro de 1983 com o objetivo de desenvolver um sistema de foguete nuclear de 100 kW. O conceito incorporava um reator de leito de esferas, desenvolvido por James R. Powell no Laboratório Nacional de Brookhaven, que prometia temperaturas mais altas e desempenho superior ao NERVA.[115] De 1987 a 1991, foi financiado como um projeto secreto chamado Projeto Timberwind [en].[116]

O foguete proposto foi posteriormente expandido para um projeto maior após a transferência para o programa de Propulsão Nuclear Térmica Espacial (SNTP) no Laboratório Phillips [en] da Força Aérea em outubro de 1991. A NASA conduziu estudos como parte de sua Iniciativa de Exploração Espacial [en] (SEI), mas considerou que o SNTP oferecia melhorias insuficientes em relação aos foguetes nucleares desenvolvidos pelo Projeto Rover e não era necessário para nenhuma missão da SEI. O programa SNTP foi encerrado em janeiro de 1994,[115] após gastos de cerca de US$ 200 milhões.[117]

Um motor para viagem interplanetária da órbita da Terra à órbita de Marte, e de volta, foi estudado em 2013 no MSFC com foco em motores de foguetes térmicos nucleares.[118] Como são pelo menos duas vezes mais eficientes que os motores químicos mais avançados, permitem tempos de transferência mais rápidos e maior capacidade de carga. A duração de voo mais curta, estimada em 3 a 4 meses com motores nucleares,[119] em comparação com 8 a 9 meses usando motores químicos,[120] reduziria a exposição da tripulação a raios cósmicos potencialmente prejudiciais e difíceis de blindar.[121] Motores nucleares como o Pewee do Projeto Rover foram selecionados na Arquitetura de Referência de Projeto de Marte (DRA).[122] Em 22 de maio de 2019, o Congresso aprovou US$ 125 milhões em financiamento para o desenvolvimento de foguetes nucleares.[123][124] Em janeiro de 2023, a NASA e a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) anunciaram que colaborariam no desenvolvimento de um motor de foguete térmico nuclear para testes em espaço, visando desenvolver capacidade de propulsão nuclear para missões tripuladas da NASA a Marte.[125]

Reabilitação do local

Demolição do R-MAD em dezembro de 2009.

Com o fechamento do SNPO, o Escritório de Operações de Nevada do Departamento de Energia assumiu a responsabilidade por Jackass Flats.[126] Uma pesquisa radiológica foi realizada em 1973 e 1974,[127] seguida por uma limpeza de contaminação radioativa severa no RMSF, R-MAD, ETS-1 e Células de Teste A e C. O E-MAD ainda estava em uso e não fez parte do esforço. Entre 1978 e 1984, foram gastos US$ 1,624 milhão em atividades de limpeza.[128] Itens altamente contaminados removidos incluíam um bocal Phoebus e dois escudos de reatores de 24,9-tonne (27,5-short-ton) e dois de 14-tonne (15-short-ton) do R-MAD. Eles foram levados para locais de gerenciamento de resíduos radioativos nas Áreas 3 e 5. Cerca de 5.563 cubic metres (7.276 cu yd) de solo contaminado e 4.250 cubic metres (5.560 cu yd) de metal e concreto contaminados também foram removidos para descarte. Outros 631 cubic metres (825 cu yd) de metal e equipamentos limpos foram retirados como salvamento.[129]

A Célula de Teste A foi demolida entre dezembro de 2004 e julho de 2005. Isso envolveu a remoção de materiais tóxicos e perigosos, incluindo amianto e folha metálica ao redor de condutores elétricos com níveis de cádmio acima dos limites para aterros. A tinta continha bifenilpoliclorado (PCB), mas não acima dos limites para aterros. Cerca de 27 tonnes (30 short tons) de tijolos de chumbo foram encontrados em vários locais e removidos. Havia também traços de urânio e plutônio. O principal desafio foi a demolição da parede de blindagem de concreto contendo traços de európio-151, európio-153 e cobalto-59, que, por absorção de nêutrons, se transformam em európio-152, európio-154 e cobalto-60 radioativos. Cuidados foram tomados para evitar a criação de poeira radioativa perigosa durante a demolição da parede, que foi realizada com explosivos.[48][130] A demolição da instalação R-MAD começou em outubro de 2009 e foi concluída em agosto de 2010.[131]

Resumo dos testes de reatores

Reator[132] Data do teste Inicializações Potência média
total
(MW)		 Tempo em
potência total
(s)		 Temperatura do
propelente
(câmara) (K)		 Temperatura do
propelente
(saída) (K)		 Pressão da
câmara
(kPa)		 Taxa de fluxo
(kg/s)		 Impulso específico
no vácuo
(s)
Kiwi A Julho de 1959 1 70 300 1778 3,2 724
Kiwi A Prime Julho de 1960 1 88 307 2206 1125 3,0 807
Kiwi A3 Outubro de 1960 1 112,5 259 2172 1415 3,8 800
Kiwi B1A Dezembro de 1961 1 225 36 1972 974 9,1 763
Kiwi B1B Setembro de 1962 1 880 2278 2413 34,5 820
Kiwi B4A Novembro de 1962 1 450 1556 1814 19,0 677
Kiwi B4D Maio de 1964 1 915 64 2006 2378 3606 31,1 837
Kiwi B4E Agosto de 1964 2 937 480 1972 2356 3427 31,0 834
Phoebus 1A Junho de 1965 1 1090 630 2278 2444 3772 31,4 849
Phoebus 1B Fevereiro de 1967 2 1290 1800 2094 2306 5075 38,1 825
Phoebus 2A Junho de 1968 4 4082 744 2256 2283 3827 119,0 821
Pewee Novembro de 1968 3 503 2400 1803 2539 4344 18,8 865
NF-1 Junho de 1972 5 44 6528 2444 1,7 849

Notas

  1. ↑ Com a Lei Orçamentária e de Controle de Apreensão do Congresso de 1974 [en], o Congresso retiraria essa capacidade do presidente.[108]

Referências

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Bibliografia

Leituras adicionais

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