A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) anunciou recentemente que um novo motor iônico experimental Magneto-Plasma Power (MPD) fornecido com lítio operou com sucesso em um teste importante e é considerado um importante avanço na tecnologia de propulsão para futuras missões tripuladas a Marte.Os primeiros astronautas em Marte enfrentarão um ambiente extremamente hostil. Cada dia extra no espaço profundo trará exposição adicional a raios cósmicos mortais. O isolamento a longo prazo irá desgastar a saúde mental e a microgravidade continuará a enfraquecer músculos e ossos. Por causa disso, a NASA está investindo muita energia no desenvolvimento de novos sistemas de propulsão que podem reduzir significativamente o tempo de voo, na esperança de comprimir a viagem a Marte em vários meses num futuro próximo.
Este recém-revelado motor iônico MPD usa lítio como fluido de trabalho, com uma potência de pico de 120 quilowatts e uma capacidade de empuxo 25 vezes maior que a do motor de propulsão elétrica mais forte atualmente em serviço em missões da NASA. É considerado um passo fundamental para voos espaciais profundos mais rápidos e eficientes. O atual representante é a sonda Psyche, que está voando em direção a um asteroide metálico. Ele usa um painel solar para acionar um motor de íons de xenônio. Ele pode acelerar gradualmente até cerca de 200 mil quilômetros por hora em um ambiente sem resistência atmosférica, mas leva mais de dois anos e meio para atingir essa velocidade.
Com a atual tecnologia de foguetes químicos da NASA, seriam necessários cerca de sete meses para voar da Terra a Marte. Na superfície, a propulsão iônica, que depende de baixo empuxo e aceleração sustentada por longos períodos de tempo, não parece ideal para encurtar o tempo de voo porque começa lentamente e leva meses para atingir velocidades extremamente altas. No entanto, a NASA está a tentar reverter esta impressão tradicional, alterando a combinação da fonte de energia e do método de propulsão.
Ao contrário do Mind, que depende de painéis solares para acionar motores de íons de xenônio, este novo propulsor MPD é concebido como parte de um sistema de propulsão elétrica nuclear que fornecerá energia elétrica de alta potência a partir de um reator nuclear, permitindo que a espaçonave mantenha níveis de empuxo muito mais elevados do que a propulsão elétrica existente por longos períodos de tempo no espaço profundo. A NASA acredita que esta combinação de “energia nuclear + MPD” deverá aumentar significativamente a velocidade com a mesma ou menor massa propulsora, encurtando assim a viagem da missão tripulada a Marte.
O conceito de propulsão MPD remonta à década de 1960, mas ainda não foi comercializado no espaço, sendo o principal obstáculo as suas enormes necessidades de energia, que excedem em muito as capacidades de energia dos painéis solares. Isto é tecnologicamente complementar ao recentemente anunciado projecto de propulsão nuclear da NASA “Space Reactor-1 Freedom”: este projecto planeia utilizar um motor iónico tradicional com fluido de trabalho de xénon noutra missão, e o MPD representa o próximo passo em direcção a maior potência e maior impulso.
Os motores iônicos tradicionais geralmente dependem de campos eletrostáticos para acelerar partículas individuais carregadas (principalmente íons de xenônio) e descarregá-las do bocal para obter força de reação. O motor MPD interage com alta corrente e campo magnético para acelerar o plasma eletromagneticamente. Este modelo usa especificamente vapor metálico de lítio, que é ionizado em plasma de lítio dentro do motor e depois ejetado para obter impulso.
Em 24 de fevereiro deste ano, a NASA conduziu um teste crítico de ignição neste motor MPD usando uma câmara de vácuo especial equipada com um sistema de refrigeração a água no Laboratório de Propulsão Elétrica do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) no sul da Califórnia. Durante o teste, os engenheiros ligaram o motor cinco vezes, monitorando o eletrodo central de tungstênio enquanto ele brilhava intensamente em temperaturas superiores a 2.800 graus Celsius (cerca de 5.000 graus Fahrenheit). Os dados mostram que este novo motor atingiu com sucesso um nível de potência máxima de 120 quilowatts em testes, o que é mais de 25 vezes o propulsor elétrico usado pelo “Psychic”.
O administrador da NASA, Jared Isaacman, disse em um comunicado que a agência nunca “perdeu Marte de vista” enquanto avançava em múltiplas missões em paralelo. Ele enfatizou que o sucesso deste teste significa um “passo substancial” para o envio de astronautas americanos a Marte. É também a primeira vez que os Estados Unidos permitem que o sistema de propulsão elétrica opere continuamente no alto nível de potência de 120 quilowatts. A NASA continuará a fazer “investimentos estratégicos” para estabelecer uma base tecnológica sólida para o próximo grande salto da humanidade.
A NASA acredita que este motor MPD deverá atingir o nível de potência de 1 MW em testes futuros. De acordo com estimativas internas da agência, uma missão tripulada típica a Marte pode exigir uma potência total de 2 a 4 megawatts, o que significa que a espaçonave final provavelmente terá vários motores MPD trabalhando em paralelo. Neste processo, como garantir a operação confiável do hardware a longo prazo em ambientes de temperatura ultra-alta e aliviar a erosão do eletrodo, um problema típico da tecnologia MPD, serão os principais desafios que a equipe de engenharia deverá superar.
Actualmente, após dois anos de concepção e construção, a equipa de I&D está satisfeita com os resultados da primeira ronda de testes e acredita ter ultrapassado o primeiro "grande limiar" no caminho da engenharia. James Polk, pesquisador sênior do Laboratório de Propulsão a Jato, disse que o teste não apenas provou que o motor pode funcionar normalmente, mas também atingiu com sucesso a meta de potência predeterminada e estabeleceu uma base de plataforma de teste confiável para testes subsequentes em grande escala.
De uma perspectiva mais ampla, a vantagem da tecnologia de propulsão eléctrica reside na sua eficiência extremamente elevada de utilização do propulsor, que pode reduzir o consumo de propulsor em cerca de 90% em comparação com os foguetes químicos tradicionais. A combinação da propulsão MPD de alta potência com a energia nuclear poderia, teoricamente, fornecer aos veículos espaciais profundos um empuxo médio mais alto e tempos de voo mais curtos, sem aumentar significativamente a massa total. Esta pode tornar-se uma das principais tecnologias para a primeira viagem tripulada da humanidade a Marte, dando aos astronautas um tempo valioso para reduzir os riscos para a saúde causados pela radiação e pela ausência de gravidade a longo prazo.
A NASA ainda não anunciou um cronograma para a propulsão MPD em missões tripuladas específicas, mas este teste terrestre de alta potência é considerado um marco importante em “um passo mais perto de Marte”. No contexto de muitos países que competem para planear planos tripulados para Marte, se esta nova tecnologia conseguir sair do laboratório e entrar em missões reais, espera-se que mude a escala de tempo da exploração humana do espaço profundo.