A NASA testou recentemente com sucesso um propulsor de plasma experimental movido a lítio, marcando um importante passo em frente para as missões humanas a Marte. Engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, no sul da Califórnia, acionaram o motor eletromagnético, permitindo-lhe atingir níveis de potência nunca alcançados por este tipo de sistema de propulsão nos Estados Unidos.
O teste foi realizado em 24 de fevereiro na câmara de vácuo do JPL dedicada à pesquisa de propulsão elétrica de alta potência. Durante os testes, o motor protótipo operou com mais potência do que qualquer propulsor elétrico de qualquer espaçonave voadora da NASA. Os pesquisadores dizem que os resultados fornecerão orientação para a próxima fase de desenvolvimento e testes.
O administrador da NASA, Jared Isaacman, disse: "Na NASA, estamos fazendo muitas coisas ao mesmo tempo, mas nunca perdemos Marte de vista. O desempenho bem-sucedido do nosso propulsor neste teste demonstra o progresso substancial feito no envio de astronautas americanos ao Planeta Vermelho. Esta é a primeira vez que os Estados Unidos têm um sistema de propulsão elétrica operando em um nível de potência tão alto, atingindo 120 quilowatts. Continuaremos a fazer investimentos estratégicos para promover o próximo salto gigante."
O motor usa vapor de metal de lítio e pertence à categoria de tecnologia de propulsor Magneto-Plasma Dynamics (MPD). Tais sistemas geram impulso usando correntes elétricas e campos magnéticos para acelerar o plasma a velocidades extremamente altas. Durante cinco testes de disparo separados, os eletrodos de tungstênio do propulsor brilharam em uma cor branca brilhante e as temperaturas subiram para mais de 5.000 graus Fahrenheit (2.800 graus Celsius). Os testes foram realizados no Laboratório de Propulsão Elétrica do JPL, que possui uma instalação única capaz de avaliar com segurança propulsores elétricos que dependem de propelentes de vapor metálico com potência na faixa dos megawatts.
A eficiência de combustível dos sistemas de propulsão elétrica é muito maior do que a dos foguetes químicos tradicionais, e o uso de propelente pode ser reduzido em até 90%. Em vez de fornecerem um impulso forte durante curtos períodos de tempo, proporcionam um impulso suave mas sustentado que acelera continuamente a nave espacial durante longos períodos de tempo. A NASA já utiliza tecnologia de propulsão elétrica em missões como a Psyche, que atualmente opera os propulsores elétricos mais potentes da agência. Com o tempo, o sistema de propulsão de Psyche pode acelerar a espaçonave a 190.000 quilômetros por hora.
Este novo propulsor MPD movido a lítio poderia eventualmente fornecer significativamente mais impulso do que os sistemas existentes. Embora os cientistas estudem a tecnologia de propulsão MPD desde a década de 1960, a tecnologia nunca foi utilizada em aplicações práticas no espaço. Em testes recentes no JPL, o motor atingiu uma potência de 120 quilowatts, o que é mais de 25 vezes a potência dos propulsores de vôo do “Spirit Star”.
“Os últimos anos de projeto e construção desses propulsores foram uma preparação de longo prazo para este primeiro teste”, disse James Polk, cientista sênior de pesquisa do JPL. “Este é um momento importante para nós porque não apenas demonstramos a capacidade de funcionamento dos propulsores, mas também atingimos nossos níveis de potência alvo. Sabemos que temos uma boa plataforma de testes para começar a resolver os desafios da expansão.”
Polk observou o experimento através de uma pequena janela de visualização na câmara de vácuo resfriada a água de 8 metros de comprimento. Quando o propulsor é ativado, seu eletrodo externo em forma de bocal brilha intensamente, criando uma pluma de plasma vermelha brilhante. Polk trabalha no campo da tecnologia de propulsão elétrica há décadas, tendo contribuído para a missão Dawn da NASA e para a Deep Space One, a primeira espaçonave a demonstrar tecnologia de propulsão elétrica além da órbita da Terra.
Os pesquisadores esperam eventualmente aumentar a potência de cada propulsor para entre 500 quilowatts e 1 megawatt. Um dos maiores desafios técnicos é garantir que o hardware possa suportar operações de longo prazo em temperaturas extremas. Uma missão tripulada a Marte pode exigir um total de 2 a 4 megawatts de potência, o que significa que vários propulsores MPD podem precisar de operar continuamente durante mais de 23.000 horas.
Os cientistas acreditam que os motores MPD movidos a lítio podem desempenhar um papel importante na futura exploração do espaço profundo porque combinam um forte impulso com o uso eficiente de propulsores. Emparelhados com sistemas de energia nuclear, eles podem reduzir a massa de lançamento enquanto transportam as pesadas cargas necessárias para missões humanas a Marte.
O projeto do propulsor MPD está em desenvolvimento há dois anos e meio, uma colaboração entre o JPL, o Laboratório de Física de Plasma de Princeton, em Nova Jersey, e o Centro de Pesquisa Glenn da NASA, em Cleveland. O financiamento vem do Programa de Propulsão Nuclear Espacial da NASA, que começou em 2020 para apoiar o desenvolvimento de sistemas de propulsão elétrica nuclear em escala de megawatts para futuras missões a Marte. O trabalho é gerenciado pelo Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, sob a Diretoria de Missões de Tecnologia Espacial da NASA.