Se você quer construir uma nave espacial poderosa, nada é melhor que a antimatéria. O Instituto de Conceitos Avançados da NASA está financiando uma equipe de pesquisadores para tentar projetar uma nave espacial movida a antimatéria que poderia evitar alguns desses problemas.
A maioria das naves estelares que se preze nas histórias de ficção científica usa a anti-matéria como combustível por um bom motivo - é o combustível mais potente conhecido. Enquanto toneladas de combustível químico são necessárias para impulsionar uma missão humana a Marte, apenas dezenas de miligramas de antimatéria servirão (um miligrama é cerca de um milésimo do peso de um pedaço do doce original da M&M).
No entanto, na realidade, esse poder tem um preço. Algumas reações antimatéria produzem explosões de raios gama de alta energia. Os raios gama são como raios X em esteróides. Eles penetram na matéria e quebram moléculas nas células, de modo que não são saudáveis por perto. Raios gama de alta energia também podem tornar os motores radioativos, fragmentando átomos do material do motor.
O Instituto de Conceitos Avançados da NASA (NIAC) está financiando uma equipe de pesquisadores que trabalham em um novo design para uma nave espacial movida a antimatéria que evita esse efeito colateral desagradável ao produzir raios gama com energia muito menor.
A antimatéria às vezes é chamada de imagem espelhada da matéria normal porque, embora pareça com a matéria comum, algumas propriedades são revertidas. Por exemplo, elétrons normais, as partículas familiares que carregam corrente elétrica em tudo, desde telefones celulares até TVs de plasma, têm uma carga elétrica negativa. Os anti-elétrons têm uma carga positiva, então os cientistas os apelidaram de "pósitrons".
Quando a antimatéria encontra a matéria, ambas se aniquilam em um flash de energia. Essa conversão completa em energia é o que torna a antimatéria tão poderosa. Até as reações nucleares que acionam as bombas atômicas ocorrem em um segundo distante, com apenas cerca de três por cento de sua massa convertida em energia.
Projetos anteriores de naves espaciais movidas a antimatéria empregavam antiprótons, que produzem raios gama de alta energia quando se aniquilam. O novo design usará pósitrons, que produzem raios gama com cerca de 400 vezes menos energia.
A pesquisa do NIAC é um estudo preliminar para verificar se a ideia é viável. Se parecer promissor, e houver recursos disponíveis para o desenvolvimento bem-sucedido da tecnologia, uma nave espacial movida a pósitron teria algumas vantagens sobre os planos existentes para uma missão humana em Marte, chamada Missão de Referência de Marte.
"A vantagem mais significativa é mais segurança", disse o Dr. Gerald Smith, da Positronics Research, LLC, em Santa Fé, Novo México. A atual Missão de Referência pede um reator nuclear para impulsionar a nave espacial para Marte. Isso é desejável porque a propulsão nuclear reduz o tempo de viagem a Marte, aumentando a segurança da tripulação, reduzindo sua exposição aos raios cósmicos. Além disso, uma nave espacial movida a produtos químicos pesa muito mais e custa muito mais para ser lançada. O reator também fornece energia suficiente para a missão de três anos. Mas os reatores nucleares são complexos, então mais coisas podem dar errado durante a missão. "No entanto, o reator pósitron oferece as mesmas vantagens, mas é relativamente simples", disse Smith, pesquisador principal do estudo NIAC.
Além disso, os reatores nucleares são radioativos, mesmo após o consumo de combustível. Depois que o navio chega a Marte, os planos da Missão de Referência são direcionar o reator para uma órbita que não encontrará a Terra por pelo menos um milhão de anos, quando a radiação residual será reduzida para níveis seguros. No entanto, não há radiação restante em um reator pósitron depois que o combustível é consumido, portanto, não há preocupação de segurança se o reator gasto pósitron retornar acidentalmente à atmosfera da Terra, de acordo com a equipe.
Será mais seguro lançar também. Se um foguete carregando um reator nuclear explodir, ele poderá liberar partículas radioativas na atmosfera. “Nossa nave espacial pósitron lançaria um flash de raios gama se explodisse, mas os raios gama desapareceriam em um instante. Não haveria partículas radioativas flutuando no vento. O flash também seria confinado a uma área relativamente pequena. A zona de perigo estaria a cerca de um quilômetro (cerca de 800 metros) ao redor da espaçonave. Um foguete comum de grandes proporções químicas tem uma zona de perigo do mesmo tamanho, devido à grande bola de fogo que resultaria de sua explosão ”, disse Smith.
Outra vantagem significativa é a velocidade. A sonda Missão de Referência levaria os astronautas a Marte em cerca de 180 dias. "Nossos projetos avançados, como o núcleo de gás e os conceitos de motores ablativos, podem levar astronautas a Marte na metade desse tempo, e talvez até em 45 dias", disse Kirby Meyer, engenheiro da Positronics Research no estudo.
Os motores avançados fazem isso executando a quente, o que aumenta sua eficiência ou "impulso específico" (ISP). Isp é o "quilômetro por galão" do foguete: quanto maior o Isp, mais rápido você pode avançar antes de consumir seu suprimento de combustível. Os melhores foguetes químicos, como o motor principal do ônibus espacial da NASA, atingem o máximo de 450 segundos, o que significa que um quilo de combustível produzirá um quilo de empuxo por 450 segundos. Um reator nuclear ou pósitron pode demorar mais de 900 segundos. O mecanismo ablativo, que se vaporiza lentamente para produzir impulso, pode chegar a 5.000 segundos.
Um desafio técnico para transformar uma espaçonave de pósitron em realidade é o custo para produzir os pósitrons. Devido ao seu efeito espetacular na matéria normal, não há muita antimatéria por aí. No espaço, é criado em colisões de partículas de alta velocidade chamadas raios cósmicos. Na Terra, ele deve ser criado em aceleradores de partículas, máquinas imensas que esmagam átomos. As máquinas são normalmente usadas para descobrir como o universo funciona em um nível profundo e fundamental, mas podem ser aproveitadas como fábricas de antimatéria.
"Uma estimativa aproximada para produzir os 10 miligramas de pósitrons necessários para uma missão humana em Marte é de cerca de 250 milhões de dólares usando a tecnologia que está atualmente em desenvolvimento", disse Smith. Esse custo pode parecer alto, mas deve ser considerado contra o custo extra de lançar um foguete químico mais pesado (os custos atuais de lançamento são de cerca de US $ 10.000 por libra) ou o custo de combustível e segurança de um reator nuclear. "Com base na experiência com a tecnologia nuclear, parece razoável esperar que o custo de produção de pósitrons diminua com mais pesquisas", acrescentou Smith.
Outro desafio é armazenar pósitrons suficientes em um espaço pequeno. Como eles aniquilam a matéria normal, você não pode colocá-los em uma garrafa. Em vez disso, eles devem ser contidos com campos elétricos e magnéticos. "Estamos confiantes de que, com um programa dedicado de pesquisa e desenvolvimento, esses desafios podem ser superados", disse Smith.
Nesse caso, talvez os primeiros humanos a chegar a Marte cheguem a naves espaciais movidas pela mesma fonte que disparou naves espaciais nos universos de nossos sonhos de ficção científica.
Fonte original: Comunicado de imprensa da NASA
