O sonho da fusão nuclear tem sido perseguido por algumas das mentes mais brilhantes do mundo durante décadas. É fácil perceber porquê - replicar o funcionamento interno das estrelas aqui na Terra significaria energia limpa praticamente ilimitada.
Apesar de uma longa história de tentativas e de várias descobertas, o sonho ainda não se tornou realidade e é provável que ainda faltem muitos anos para vermos uma central elétrica de fusão em qualquer parte do planeta.
Levar a cabo o processo no espaço pode parecer um acréscimo de complexidade a uma tecnologia já de si complexa, mas teoricamente poderia acontecer mais cedo do que na Terra. E poderia ajudar as naves espaciais a atingir velocidades de até 805.000 km por hora - mais do que o objeto mais rápido alguma vez construído, a Sonda Solar Parker da NASA, que atingiu o pico de 692.000 quilómetros por hora.
Com o financiamento da Agência Espacial do Reino Unido, a empresa britânica Pulsar Fusion apresentou o Sunbird, um conceito de foguetão espacial concebido para encontrar naves espaciais em órbita, ligar-se a elas e transportá-las para o seu destino a uma velocidade vertiginosa utilizando a fusão nuclear.
“É muito pouco natural fazer fusão na Terra”, diz Richard Dinan, fundador e diretor executivo da Pulsar. "A fusão não quer funcionar numa atmosfera. O espaço é um lugar muito mais lógico e sensato para fazer a fusão, porque é onde ela quer acontecer de qualquer maneira".
Para já, o Sunbird está nas primeiras fases de construção e tem desafios de engenharia excepcionais para ultrapassar, mas a Pulsar diz que espera conseguir realizar a fusão em órbita pela primeira vez em 2027. Se o foguetão alguma vez se tornar operacional, poderá um dia reduzir para metade o tempo de viagem de uma potencial missão a Marte.
Apenas gramas de combustível
A fusão nuclear é diferente da fissão nuclear, que é o que alimenta as atuais centrais nucleares. A fissão funciona através da divisão de elementos pesados e radioativos, como o urânio, em elementos mais leves, utilizando neutrões. A grande quantidade de energia libertada neste processo é utilizada para produzir eletricidade.
A fusão faz o contrário: combina elementos muito leves, como o hidrogénio, em elementos mais pesados, utilizando altas temperaturas e pressão. “O Sol e as estrelas são todos reatores de fusão”, diz Dinan. "São cozinhadores de elementos - transformam o hidrogénio em hélio - e depois, quando morrem, criam os elementos pesados que constituem tudo. Em última análise, o universo é maioritariamente hidrogénio e hélio e tudo o resto foi cozinhado numa estrela por fusão."
A fusão é procurada porque liberta quatro vezes mais energia do que a fissão e quatro milhões de vezes mais energia do que os combustíveis fósseis. Mas, ao contrário da fissão, a fusão não requer materiais radioativos perigosos - em vez disso, os reatores de fusão usariam deutério e trítio, átomos pesados de hidrogénio que têm neutrões extra. Funcionariam com quantidades mínimas de combustível e não produziriam resíduos perigosos.
No entanto, a fusão requer muita energia para arrancar, porque têm de ser criadas condições semelhantes às do núcleo de uma estrela - temperatura e pressão extremamente elevadas, juntamente com um confinamento eficaz para manter a reação. O desafio na Terra tem sido o de criar mais energia a partir da fusão do que aquela que é colocada no início, mas até agora mal conseguimos atingir o equilíbrio.
Mas se o objetivo não for a produção de energia, as coisas tornam-se menos complicadas, diz Dinan - apenas o objetivo mais simples de criar uma velocidade de escape mais rápida.
As reações que alimentam a fusão nuclear têm lugar no interior de um plasma - um gás quente e eletricamente carregado. Tal como os reatores propostos na Terra, o Sunbird utilizaria ímanes fortes para aquecer o plasma e criar as condições para que o combustível - que seria da ordem dos gramas - se esmagasse e se fundisse. Mas enquanto na Terra os reatores são circulares, para evitar que as partículas se escapem, no Sunbird seriam lineares - porque as partículas que se escapassem iriam impulsionar a nave espacial.
Por último, a Sunbird não produziria neutrões a partir da reação de fusão, que os reatores na Terra utilizam para gerar calor; em vez disso, a Sunbird utilizaria um tipo de combustível mais caro chamado hélio-3 para produzir protões, que podem ser utilizados como “escape nuclear” para fornecer propulsão.
O processo Sunbird seria dispendioso e inadequado para a produção de energia na Terra, diz Dinan, mas como o objetivo não é produzir energia, o processo pode ser ineficaz e dispendioso, mas ainda assim ser valioso, porque pouparia custos de combustível, reduziria o peso das naves espaciais e levá-las-ia ao seu destino muito mais rapidamente.
Reduzir o tempo de viagem
De acordo com Dinan, os Sunbirds funcionariam de forma semelhante às bicicletas urbanas nas estações de acoplamento: “Lançamo-los para o espaço e teremos uma estação de carregamento onde se poderão sentar e depois encontrar a vossa nave”, afirma. “Desligamos os nossos ineficientes motores de combustão e utilizamos a fusão nuclear durante a maior parte da nossa viagem. Idealmente, teríamos uma estação algures perto de Marte e uma estação na órbita baixa da Terra, e os Sunbirds iriam e voltariam”.
Alguns componentes terão uma demonstração em órbita este ano. “São basicamente placas de circuito que vão ser testadas para garantir que funcionam. Não é muito excitante, porque não há fusão, mas temos de o fazer”, diz Dinan. “Depois, em 2027, vamos enviar uma pequena parte do Sunbird em órbita, apenas para verificar se a física está a funcionar como o computador supõe. Esta é a nossa primeira demonstração em órbita, onde esperamos fazer fusão no espaço. E esperamos que a Pulsar seja a primeira empresa a conseguir isso de facto”.
Esse protótipo custará cerca de 70 milhões de dólares, segundo Dinan, e não será um Sunbird completo, mas antes uma “experiência de fusão linear” para provar o conceito. O primeiro Sunbird funcional estará pronto quatro a cinco anos mais tarde, diz ele, desde que o financiamento necessário seja assegurado.
Numa primeira fase, os Sunbirds serão propostos para o transporte de satélites em órbita, mas o seu verdadeiro potencial será desenvolvido em missões interplanetárias. A empresa ilustra alguns exemplos de missões que o Sunbird poderia desbloquear, tais como a entrega de até 2.000 kg de carga a Marte em menos de seis meses, o envio de sondas para Júpiter ou Saturno em dois a quatro anos (a Europa Clipper da NASA, lançada em 2024 para uma das luas de Júpiter, chegará ao fim de 5,5 anos) e uma missão de extração de asteróides que completaria uma viagem de ida e volta a um asteroide próximo da Terra em um a dois anos, em vez de três.
Outras empresas estão a trabalhar em motores de fusão nuclear para propulsão espacial, incluindo a Helicity Space, sediada em Pasadena, que recebeu um investimento do gigante aeroespacial Lockheed Martin em 2024. A General Atomics, sediada em San Diego, e a NASA estão a trabalhar num outro tipo de reator nuclear - baseado na fissão e não na fusão - que planeiam testar no espaço em 2027. Este reator pretende ser um sistema de propulsão mais eficiente para uma missão tripulada a Marte, em comparação com as opções atuais.
De acordo com Aaron Knoll, professor catedrático na área da propulsão de plasma para naves espaciais no Imperial College London, que não está envolvido na Pulsar Fusion, existe um enorme potencial para aproveitar a energia da fusão para a propulsão de naves espaciais. “Embora ainda faltem alguns anos para tornar a energia de fusão uma tecnologia viável para a produção de eletricidade na Terra, não precisamos de esperar para começar a utilizar esta fonte de energia para a propulsão de naves espaciais”, afirma.
A razão, acrescenta, é que para gerar energia na Terra, a quantidade de energia produzida tem de ser superior à energia introduzida. Mas quando se utiliza a energia de fusão numa nave espacial para gerar propulsão, qualquer produção de energia é útil - mesmo que seja inferior à energia que está a ser fornecida. Toda essa energia combinada, proveniente da fonte de alimentação externa e das reações de fusão em conjunto, atuará para aumentar o impulso e a eficiência do sistema de propulsão.
No entanto, acrescenta, existem obstáculos técnicos significativos para tornar a tecnologia de fusão no espaço uma realidade. “As atuais concepções de reatores de fusão na Terra são sistemas grandes e pesados, que exigem uma infraestrutura de equipamento de apoio, como armazenamento de energia, fontes de alimentação, sistemas de fornecimento de gás, ímanes e equipamento de bombagem de vácuo”, afirma. “Miniaturizar estes sistemas e torná-los leves é um desafio de engenharia considerável.”
Bhuvana Srinivasan, professor de Aeronáutica e Astronáutica na Universidade de Washington, que também não está envolvido no Pulsar, concorda que a propulsão por fusão nuclear é uma promessa substancial para os voos espaciais: “Seria extremamente benéfica mesmo para uma viagem à Lua, porque poderia fornecer os meios para instalar uma base lunar inteira com tripulação numa única missão. Se for bem sucedida, superará as tecnologias de propulsão existentes, não só de forma incremental mas também de forma dramática”, afirma. No entanto, salienta também as dificuldades em torná-la compacta e leve, um desafio adicional de engenharia que é menos importante para a energia terrestre.
Segundo Srinivasan, desbloquear a propulsão por fusão não só permitiria aos humanos viajar mais longe no espaço, como também seria um fator de mudança para missões sem tripulação, por exemplo, para recolher recursos como o hélio-3, um combustível de fusão que é raro na Terra e tem de ser criado artificialmente, mas que pode ser abundante na Lua: “Se conseguirmos construir uma base lunar que possa ser um ponto de lançamento para a exploração do espaço profundo, ter acesso a uma potencial reserva de hélio-3 pode ser inestimável”, afirma.
“A exploração de planetas, luas e sistemas solares mais longínquos é fundamental para a nossa natureza curiosa e exploratória enquanto seres humanos, ao mesmo tempo que pode trazer benefícios financeiros e sociais substanciais de formas que talvez ainda não tenhamos percebido.”
