Estamos ficando sem o combustível nuclear que viabiliza as viagens espaciais

O módulo da Rosetta durou apenas 60 horas em um cometa antes de parar nas sombras de um pico, onde os painéis solares não conseguem gerar energia para o veículo. Por que ele não tem uma fonte de energia mais confiável, como uma bateria nuclear como a que serviu por décadas, sem falhas, a Voyager? É uma pergunta simples com uma resposta fascinante, uma que começa na Guerra Fria e termina com o futuro da exploração espacial.

Quando se fala em viagens espaciais, o plutônio-238 é o combustível perfeito: dura bastante e, como explicarei a seguir, é relativamente seguro. Sem ele, não temos muitas chances de ir além de Marte, já que depois disso fica muito escuro para confiar em painéis solares, a fonte de energia alternativa mais comum no espaço. Mas o mundo está ficando rapidamente sem plutônio-238. Motivo? Porque nós paramos de fabricar armas nucleares.

As origens na Guerra Fria

O plutônio-238, veja você, é um subproduto da fabricação do plutônio-239, mais conhecido como ingrediente principal das armas nucleares. Durante a Guerra Fria que deu início à corrida espacial, isso era um fato bastante conveniente. O Sítio Savannah River, na Carolina do Sul, fabricava plutônio-239 para as bombas e também plutônio-238 para satélites e sondas espaciais. Depois que Savannah River foi desativado nos anos 1980 (apenas para virar um desastre ambiental), a NASA começou a comprar plutônio-238 da Rússia.

Desde então, a NASA mandou pedaços de plutônio-238 nas duas naves Voyager, na Curiosity em Marte e em diversas outras sondas que exploram os cantos mais sombrios do sistema solar.

O plutônio-238 também calhou de ser o combustível ideal para naves. Embora altamente radioativo, o tipo de radiação que ele emite não penetra facilmente em outros materiais, o que o torna seguro. Envolto em metal irídio, os pedaços de plutônio-238 brilham em vermelho fogo dando-lhe bastante calor. Desde que esses pedaços não se quebrem, a radiação não é problema. Esses pedaços são colocados em geradores termoelétricos radioisótopos (RTG, na sigla em inglês), que transformam o calor em eletricidade. Ele pode durar anos, até décadas no caso da Voyager que, agora, explora o espaço interestelar.

Um pedaço de plutônio-238 feito para o RTG ou da missão Cassini para Saturno, ou para a missão Galileo para Júpiter. Via DOE.

De volta à Terra, porém, nosso estoque de plutônio-238 está acabando. De acordo com um artigo recente na Nature, a NASA tem apenas 35 kg de plutônio-238 – em uma reserva antiga, e menos da metade utilizável como combustível. A próxima missão a Marte será lançada em 2020 e usará 4,98 kg dele. A Rússia não vende mais plutônio-238, possivelmente porque acabou ou está acabando.

O isótopo não ocorre naturalmente. Ninguém mais no planeta tem plutônio-238.

Fazendo (novamente) plutônio-238

Sala de controle do Reator de Isótopos de Alto Fluxo usado para fazer plutônio-238 em Oak Ridge. Sim, é antigão. Crédito: ORNL.

Existe um plano. Em 2013, a NASA começou a pagar ao Departamento de Energia dos EUA US$ 50 milhões por ano para desenvolver um programa para a fabricar plutônio-238 novamente. Com as fábricas que produziam e lidavam com o lixo tóxico desativadas há muito tempo, não será algo fácil. Nem rápido. Mesmo que tudo corra dentro do esperado, o Departamento de Energia estará produzindo 1,1 kg de plutônio-238 em 2021.

O plano de produção, para o momento, envolve a ativação de pelo menos três laboratórios espalhados pelos Estados Unidos:

• Laboratório Nacional de Idaho: o material precursor, neptúnio-237, é extraído do combustível de reatores nucleares.
• Oak Ridge no Tennessee: um reator irradia neptúnio-237 para criar plutônio-238. O plutônio-238 e qualquer neptúnio-237 que sobra são extraídos para serem usados como combustível e reciclado, respectivamente.
• Los Alamos no Novo México: o plutônio é prensado em pedaços e estocado.

Após duas viagens que quase cruzam o país, enfim temos plutônio-238 pronto para ser usado. (Para detalhes mais técnicos sobre a produção do plutônio-238 e um mapa estiloso, vá até a Nature.) Também está nos planos transformar o laboratório de Idaho em uma segunda unidade para irradiar neptúnio-237, mas o processo para fazer isso ainda está sendo planejado.

Um corte seccional (esquerda) e uma foto do Reator de Isótopos de Alto Fluxo usado para fazer plutônio-238 no Laboratório Nacional de Oak Ridge. Crédito: ORNL.

Na realidade, boa parte da metade final do plano ainda será anunciada. Um porta-voz do Departamento de Energia confirma que os cientistas de Oak Ridge só agora começaram a testar os processos químicos para extrair plutônio-238 e neptúnio-237 depois do processo de irradiação. E então há o tedioso, porém necessário trabalho de levar o processo de produção a escalas maiores. Espera-se que ele esteja totalmente funcional daqui a sete anos.

O futuro incerto

Com o estoque atual da NASA e o plano de produção do Departamento de Energia, os EUA têm plutônio suficiente para bancar duas missões em uma década nos próximos vinte anos. Certamente é melhor do que nada, mas esse cenário coloca em perspectiva como o combustível nuclear é realmente um fator limitante na exploração espacial.

À luz disso tudo, faz sentido que a missão Rosetta não tenha sido uma boa candidata ao RTG. Da forma mais pragmática, a Agência Espacial Europeia teria que comprar plutônio-238 dos EUA ou da Rússia, e parece que nenhum dos dois se animaria muito em compartilhar um recurso tão precioso. Sem falar que, nesse caso, painéis solares eram uma alternativa viável, diferente de… digamos, a futura missão New Horizons da NASA para Plutão, onde é muito escuro para confiar na energia do Sol.

A Guerra Fria deu início à exploração espacial e os combustíveis daquela época ainda fazem voar as nossas naves modernas. Laços históricos não são facilmente desfeitos, mas perto dos estragos que a Guerra Fria causou e do horrível desastre ambiental que foi a produção de combustíveis nucleares, pelo menos tivemos a oportunidade de transcender a pequenez do planeta Terra e ter um vislumbre da imensidão do espaço.

Imagem do topo: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)