Propulsão nuclear

Propulsão nuclear inclui uma ampla variedade de métodos de propulsão que usam alguma forma de reação nuclear como sua fonte primária de energia.^[1] Muitos porta-aviões e submarinos atualmente usam reatores nucleares alimentados por urânio que podem fornecer propulsão por longos períodos sem reabastecimento. Há também aplicações no setor espacial com motores térmicos nucleares e elétricos nucleares que poderiam ser mais eficientes que motores de foguetes convencionais.

A ideia de usar material nuclear para propulsão remonta ao início do século XX. Em 1903 foi levantada a hipótese de que material radioativo, rádio, poderia ser um combustível adequado para motores que impulsionariam carros, aviões e barcos.^[2] H. G. Wells adotou esta ideia em sua obra de ficção de 1914 O Mundo Libertado.^[3]

Embarcações com propulsão nuclear são principalmente submarinos militares e porta-aviões.^[1] A Rússia é o único país que atualmente possui navios civis de superfície com propulsão nuclear, principalmente quebra-gelos. A Marinha dos Estados Unidos atualmente (a partir de 2022) tem 11 porta-aviões e 70 submarinos em serviço, todos movidos por reatores nucleares. Para artigos mais detalhados veja:

• Veja Propulsão naval nuclear
• Lista de navios nucleares civis

• Marinha nuclear
• Lista de reatores navais dos Estados Unidos
• Reatores navais soviéticos
• Submarino nuclear

A televisão Channel One da Rússia transmitiu uma imagem e detalhes de um torpedo com propulsão nuclear chamado Status-6 por volta de 12 de novembro de 2015. O torpedo foi declarado como tendo um alcance de até 10 000 km, uma velocidade de cruzeiro de 100 nós, e uma profundidade operacional de até 1000 metros abaixo da superfície. O torpedo carregava uma ogiva nuclear de 100 megatons.^[4]

Uma das sugestões emergindo no verão de 1958 da primeira reunião do grupo consultivo científico que se tornou JASON foi por "um torpedo com propulsão nuclear que pudesse vagar pelos mares quase indefinidamente".^[5]

Pesquisa em aeronaves com propulsão nuclear foi perseguida durante a Guerra Fria pelos Estados Unidos e pela União Soviética, pois presumivelmente permitiriam a um país manter bombardeiros nucleares no ar por períodos extremamente longos de tempo, uma tática útil para dissuasão nuclear. Nenhum país criou qualquer aeronave nuclear operacional.^[1] Um problema de design, nunca adequadamente resolvido, foi a necessidade de blindagem pesada para proteger a tripulação da doença da radiação. Desde o advento dos ICBMs na década de 1960, a vantagem tática de tais aeronaves foi grandemente diminuída e os respectivos projetos foram cancelados.^[1] Porque a tecnologia era inerentemente perigosa, não foi considerada em contextos não-militares. Mísseis com propulsão nuclear também foram pesquisados e descartados durante o mesmo período.^[1]

• Convair X-6
• Myasishchev M-50 – farsa da Aviation Week^[7]
• Propulsão Nuclear de Aeronaves – projeto da General Electric para construir um bombardeiro com propulsão nuclear
• Tupolev Tu-95LAL

• Projeto Pluto – que desenvolveu o míssil SLAM, que usou um estatoreatoreator com propulsão nuclear para propulsão^[1]
• Míssil de cruzeiro com propulsão nuclear Burevestnik anunciado por Vladimir Putin em 2018.^[8]

A atração da propulsão e energia nuclear no espaço é construída na alta eficiência e capacidade teórica que pode ser entregue com um sistema nuclear, principalmente eficiência energética do sistema e resistência/capacidade do sistema para funcionar por longas distâncias.^[9] Em equilíbrio, os sistemas necessários para proteger humanos tanto na fase de lançamento espacial quanto nas operações são detrimentos significativos. Muitos tipos de propulsão nuclear foram propostos como segue.^[10]

• Projeto Orion, primeiro estudo de design de engenharia de propulsão por pulso nuclear (isto é, explosão atômica)^[11]
• Projeto Daedalus, estudo da década de 1970 da Sociedade Interplanetária Britânica de um foguete de fusão
• Projeto Longshot, design de propulsão por pulso nuclear da Academia Naval dos EUA-NASA
• AIMStar, uma nave proposta de propulsão por pulso nuclear catalisada por antimatéria que usa nuvens de antiprótons para iniciar fissão e fusão dentro de pelotas de combustível
• ICAN-II, uma espaçonave interplanetária tripulada proposta que usou o motor de propulsão por pulso nuclear catalisada por antimatéria como sua forma principal de propulsão
• Propulsão Externa de Plasma Pulsado (EPPP), um conceito de propulsão da NASA que deriva seu empuxo de ondas de plasma geradas por uma série de pequenos pulsos de fissão/fusão supercríticos atrás de um objeto no espaço.^[12]

Foguetes térmicos nucleares bimodais conduzem reações de fissão nuclear similares àquelas empregadas em usinas nucleares incluindo submarinos. A energia é usada para aquecer o propelente de hidrogênio líquido.^[14] Defensores de espaçonaves com propulsão nuclear apontam que no momento do lançamento, há quase nenhuma radiação liberada dos reatores nucleares. Foguetes com propulsão nuclear não são usados para decolar da Terra. Foguetes térmicos nucleares podem fornecer grandes vantagens de desempenho comparados a sistemas de propulsão química. Fontes de energia nuclear também poderiam ser usadas para fornecer à espaçonave energia elétrica para operações e instrumentação científica.^[13]

Exemplos:

• NERVA (Energia Nuclear para Aplicações de Veículos de Foguete), um programa americano de foguete térmico nuclear.^[15]
• Projeto Rover, um projeto americano para desenvolver um foguete térmico nuclear. O programa funcionou no Laboratório Científico de Los Alamos de 1955 até 1972.
• Projeto Timberwind (1987–1991), parte da Iniciativa de Defesa Estratégica
• RD-0410, um motor de foguete térmico nuclear soviético desenvolvido de 1965 até a década de 1980
• Foguete de Demonstração para Operações Cislunar Ágeis (DRACO), em desenvolvimento na década de 2020

• Estatoreatoreator Bussard, um estatoreatoreator de fusão interestelar conceitual nomeado após Robert W. Bussard.

• Foguete de fragmento de fissão
• Vela de fissão
• Foguete de fusão
• Foguete de reator de núcleo gasoso
• Foguete de água salgada nuclear
• Foguete radioisótopo
• Foguete fotônico nuclear

Propulsão nuclear elétrica é um tipo de sistema de propulsão de espaçonave onde um reator nuclear gera energia térmica que é convertida em energia elétrica, que aciona um propulsor de íons ou outra tecnologia de propulsão de espaçonave elétrica.^[16] Exemplos de sistemas nucleares elétricos:

• SNAP-10A, lançado em órbita pela USAF em 1965, foi o primeiro uso de um reator nuclear no espaço e de um propulsor de íons em órbita.
• Série de satélites US-A, lançada em órbita pela URSS, incluiu Kosmos 1818 e Kosmos 1867 em 1987, usando o reator nuclear TOPAZ e um propulsor de efeito Hall "Plazma-2 SPT".
• Projeto Prometheus, desenvolvimento da NASA de propulsão nuclear para voo espacial de longa duração, iniciado em 2003.^[17]
• Módulo de Transporte e Energia (TEM). Em abril de 2011, Anatoly Perminov, chefe da Agência Espacial Federal Russa, anunciou que vai desenvolver uma espaçonave com propulsão nuclear para viagem no espaço profundo.^[18][19] Design preliminar foi feito até 2013, e mais 9 anos são planejados para desenvolvimento (em montagem espacial). O preço é estabelecido em 17 bilhões de rublos (600 milhões de dólares).^[20] A propulsão nuclear ofereceria energia de classe megawatt e consistiria de energia nuclear espacial e uma matriz de motores de íons^[21][22] Segundo Perminov, a propulsão será capaz de apoiar missão humana a Marte, com cosmonautas permanecendo no planeta vermelho por 30 dias. Esta jornada a Marte com propulsão nuclear e uma aceleração constante levaria seis semanas, ao invés de oito meses usando propulsão química – assumindo empuxo de 300 vezes maior que o da propulsão química.^[23][24]

A ideia de fazer carros que usassem material radioativo, rádio, como combustível remonta pelo menos a 1903. Análise do conceito em 1937 indicou que o motorista de tal veículo poderia precisar de uma barreira de chumbo de 50 toneladas para protegê-los da radiação ionizante.^[25]

Em 1941, um físico do Caltech chamado R. M. Langer defendeu a ideia de um carro movido por urânio-235 na edição de janeiro da Popular Mechanics. Ele foi seguido por William Bushnell Stout, designer do Stout Scarab e ex-presidente da Sociedade de Engenheiros, em 7 de agosto de 1945 no The New York Times. O problema de blindar o reator continuou a tornar a ideia impraticável.^[26] Em dezembro de 1945, um John Wilson de Londres, anunciou que havia criado um carro atômico. Isto criou considerável interesse. O Ministro de Combustível e Energia junto com um grande contingente da imprensa compareceu para vê-lo. O carro não apareceu e Wilson alegou que havia sido sabotado. Um caso judicial posterior descobriu que ele era uma fraude e não havia carro com propulsão nuclear.^[27][28]

Apesar do problema de blindagem, através do final da década de 1940 e início da de 1950 o debate continuou em torno da possibilidade de carros com propulsão nuclear. O desenvolvimento de submarinos e navios com propulsão nuclear, e experimentos para desenvolver uma aeronave com propulsão nuclear naquela época mantiveram a ideia viva.^[29] Artigos russos de meados da década de 1950 relataram o desenvolvimento de um carro com propulsão nuclear pelo Professor V P Romadin, mas novamente a blindagem provou ser um problema.^[30] Foi alegado que seus laboratórios haviam superado o problema de blindagem com uma nova liga que absorvia os raios.^[31]

Em 1958, no auge da cultura automobilística americana dos anos 1950 havia pelo menos quatro carros conceito teóricos com propulsão nuclear propostos, o americano Ford Nucleon e Studebaker Packard Astral, bem como o francês Simca Fulgur projetado por Robert Opron^[32][33] e o Arbel Symétric. Além destes modelos conceituais, nenhum foi construído e nenhuma usina nuclear automotiva jamais foi feita. O engenheiro da Chrysler C R Lewis havia descartado a ideia em 1957 por causa de estimativas de que um motor de 80.000 lb (36.000 kg) seria requerido por um carro de 3.000 lb (1.400 kg). Sua visão era que um meio eficiente de armazenar energia era requerido para energia nuclear ser prática.^[34] Apesar disso, os estilistas da Chrysler em 1958 elaboraram alguns possíveis designs.

Em 1959, foi relatado que a Goodyear Tire and Rubber Company havia desenvolvido um novo composto de borracha que era leve e absorvia radiação, evitando a necessidade de blindagem pesada. Um repórter na época considerou que isso poderia tornar os carros e aeronaves movidos a energia nuclear uma possibilidade.^[35]

A Ford fez outro modelo potencialmente movido a energia nuclear em 1962 para a Feira Mundial de Seattle, o Ford Seattle-ite XXI. Isso também nunca foi além do conceito inicial.^[36][37]

Em 2009, para o centésimo aniversário da aquisição da Cadillac pela General Motors, Loren Kulesus criou uma arte conceitual retratando um carro movido a tório.^[38]

O Chrysler TV-8 foi um tanque experimental projetado pela Chrysler na década de 1950. O tanque foi planejado para ser um tanque médio movido a energia nuclear capaz de guerra terrestre e anfíbia. O design nunca foi produzido em massa.

A X-12 era uma locomotiva movida a energia nuclear, proposta em um estudo de viabilidade feito em 1954 na Universidade de Utah.^[39]

Os rovers de Marte Curiosity e Perseverance são alimentados por um gerador termoelétrico de radioisótopos (RTG), como os bem-sucedidos módulos de pouso Viking 1 e Viking 2 em 1976.^[40][41]

• Foguete de antimatéria
• Foguete de fusão
• Foguete termonuclear
• Ford Nucleon
• Propulsão de foguete

Referências

• Bussard, Robert; DeLauer, Richard (1958). Nuclear Rocket Propulsion (Relatório). McGraw-Hill 
• Bussard, Robert; DeLauer, Richard (1965). Fundamentals of Nuclear Flight. [S.l.]: McGraw-Hill 
• Robert W. Bussard (2003). An advanced fusion energy system for outer-planet space propulsion (PDF) (Relatório). Ares Institute 
• Cushin, Harry (1951). «Atomic Power — In your car». Motor Trend. Consultado em 23 de abril de 2012. Cópia arquivada em 13 de maio de 2015