Está em curso uma nova corrida espacial, com seis ou sete países e alianças a competir para serem reconhecidos como uma potência espacial do século XXI, à medida que se apressam a construir uma nova geração de sondas e veículos espaciais na Lua. A NASA está se preparando para cumprir sua promessa de estabelecer uma presença humana permanente na superfície lunar.Ao abrigo de um contrato da Agência Espacial do Reino Unido, a Universidade de Bangor, no País de Gales, está a desenvolver um novo combustível nuclear para um microrreator Rolls-Royce que irá alimentar um futuro posto lunar tripulado até 2030.
Um grande obstáculo ao lançamento de uma missão de longa duração ou ao estabelecimento de um posto avançado permanente na Lua é a noite lunar de 14 dias, quando as temperaturas diurnas caem de 250°F (120°C) para -208°F (-130°C). Esta combinação de frio congelante e escuridão significa que as máquinas e os postos avançados devem contar com sistemas de energia nuclear se quiserem sobreviver, e muito menos funcionar. Para qualquer coisa que precise de trabalho real, isso significa reatores nucleares em vez de geradores térmicos sem fio.
Esses reatores diferem dos grandes reatores convencionais usados na Terra que dependem de barras de combustível. Em vez disso, serão reatores muito pequenos, construídos em fábrica, usando o chamado combustível de partículas TRISO.
O combustível TRISO é uma variação do combustível do reator de leito de seixos que usa pellets de combustível do tamanho de uma bola de bilhar em vez de barras de combustível. O que torna o combustível Bangor TRISO diferente é que os pellets de combustível são reduzidos ao tamanho de uma semente de papoula. Estas pastilhas de combustível são feitas de urânio enriquecido, carbono e oxigênio através de tecnologia de impressão 3D, com o núcleo de urânio selado em camadas de carbono e cerâmica.
Ao contrário das barras de combustível, essas partículas de combustível são muito fortes e podem suportar temperaturas muito altas e resistir a danos causados por irradiação de nêutrons, corrosão e oxidação.
Liderada por Simon Middleberg, professor de materiais nucleares e codiretor do Nuclear Futures Institute da Universidade de Bangor, a Universidade de Bangor está desenvolvendo combustível TRISO adequado para reatores lunares que estão sendo desenvolvidos por empresas como a Rolls-Royce. Poderia ser usado não apenas em reatores de energia, mas também em futuros sistemas de propulsão nuclear.
O importante sobre o reator de combustível TRISO é que seu design é relativamente simples e pode ser resfriado a ar simplesmente colocando-o sob a sombra de um guarda-chuva do radiador sobre o sistema de refrigeração. Ao operar em temperaturas mais altas, esses reatores são mais eficientes que os reatores tradicionais de água pressurizada.
Durante a operação, as partículas de combustível são alimentadas no topo do reator. Quando o combustível se esgota, ele migra para o fundo e o combustível irradiado é removido. Como as temperaturas do reator são altas, se a reação for muito violenta, o aumento do calor inibirá a reação e retornará o reator a um nível seguro.
“Este projeto aproveitará a experiência do nosso Instituto de Futuros Nucleares em combustíveis nucleares e aplicá-la-á a uma das aplicações mais interessantes: a exploração espacial”, disse Middleberg. "Na Lua e nos corpos planetários com dia e noite, já não podemos depender do Sol para obter energia, por isso sistemas como pequenos microrreactores devem ser concebidos para sustentar a vida. A energia nuclear é a única forma de podermos actualmente alimentar viagens tão longas para o espaço. O combustível deve ser muito durável, capaz de resistir ao impacto do lançamento, e funcionar de forma fiável durante muitos anos."
"Os excelentes cientistas e engenheiros do Institute for Nuclear Futures estão à altura deste desafio, mas serão necessários muitos mais nos próximos anos, e esperamos que a nova especialização em engenharia da Universidade proporcione uma série de oportunidades interessantes para estudantes que queiram seguir uma carreira nestas áreas emocionantes de investigação e desenvolvimento."