Artigo: Planos de Produção de Propelente em Marte e na Lua Enfrentam Desafios de Complexidade

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Imagem: Space Daily

Ilustrativo.

 

No dia (22/08), o portal Space Daily postou um interessante artigo baseado em um relatório de pesquisa publicado no Space: Science & Technology Journal que destacou que os Planos da NASA de Produção de Propelente em Marte e na Lua enfrentam desafios de complexidade.

 

De acordo com o artigo do portal, os esforços contínuos da NASA para desenvolver tecnologias de produção de propelente in situ (ISPP) para a Lua e Marte envolvem um equilíbrio entre engenharia complexa e execução prática. Essas tecnologias, que visam gerar combustível na superfície lunar e marciana usando recursos locais, poderiam reduzir a necessidade de transportar propelentes da Terra, mas apresentam desafios significativos tanto em termos de design quanto de requisitos de energia.

 

Produção de Propelente na Lua

 

Os recursos da Lua apresentam várias opções para a extração de oxigênio e hidrogênio, componentes críticos do combustível de foguetes. Quatro recursos-chave foram identificados:

 

1. Silicatos Lunares: O regolito (material da superfície lunar) contém mais de 40% de oxigênio em massa, que pode ser extraído.

 

2. Óxidos de Ferro: O regolito também contém óxido de ferro (FeO), que pode ser reduzido com hidrogênio para produzir oxigênio. O conteúdo de FeO no solo lunar varia, proporcionando oxigênio recuperável na faixa de 1% a 3%.

 

3. Implantes de Vento Solar: O vento solar insere átomos como hidrogênio e hélio na superfície lunar, embora estes estejam presentes apenas em quantidades residuais.

 

4. Gelo Polar: Crateras permanentemente sombreadas próximas aos polos lunares podem conter gelo de água em seu regolito, embora as estimativas precisas de sua abundância ainda não estejam disponíveis.

 

Os planos de ISPP lunar de curto prazo da NASA se concentram na geração de combustíveis baseados em hidrogênio e oxigênio. O processo carbotérmico é um método promissor para extrair oxigênio do regolito lunar, com módulos ISPP propostos projetados para operar de forma independente em modo de lote durante um período iluminado pelo Sol de 7,4 meses. Os designs iniciais visavam uma produção anual de 8 toneladas de oxigênio por módulo, mas essa meta foi reduzida para 3,5 toneladas por ano por módulo. Em relação à colheita de gelo polar, a NASA imagina um sistema onde um escavador poderia fazer até 1.200 viagens, movendo regolito rico em água para processamento, embora não existam estimativas confiáveis in situ para o conteúdo de gelo.

 

A redução de óxidos de ferro por hidrogênio é outro método proposto para a produção de oxigênio, mas os modelos iniciais indicam que os requisitos de massa e potência para este sistema podem ser significativamente maiores do que o esperado.

 

Produção de Propelente em Marte

 

Marte apresenta um conjunto diferente de recursos e desafios para o ISPP. A atmosfera marciana contém cerca de 95% de dióxido de carbono, que pode ser dividido em oxigênio e monóxido de carbono por meio da eletrólise. Essa abordagem está entre as opções mais simples e poderia se beneficiar dos avanços na tecnologia de células de eletrólise de óxido sólido (SOEC), que já está sendo desenvolvida para aplicações terrestres.

 

Outros recursos em Marte incluem minerais dentro do regolito que contêm água, bem como gelo de água encontrado em latitudes mais elevadas. O processo de deslocamento de água por gás (RWGS) é outro processo em consideração, mas sua eficiência depende em grande parte da temperatura da reação, e mais pesquisas são necessárias para determinar sua viabilidade. Embora a produção de metano (CH4) em Marte seja outra opção potencial, a NASA pode optar por transportar metano da Terra e se concentrar na produção de oxigênio localmente, dada a complexidade atual de gerar tanto oxigênio quanto metano no local.

 

Desafios de Energia

 

Os sistemas ISPP tanto lunar quanto marciano demandam uma quantidade significativa de energia para funcionar. Em Marte, os requisitos de energia para o ISPP são comparáveis aos necessários para sistemas de suporte à vida uma vez que uma tripulação chegue. Portanto, a massa e o custo da infraestrutura de energia para o ISPP são vistos como parte da logística geral da missão, não exclusivos do ISPP.

 

Na Lua, no entanto, a situação é diferente. As demandas de energia para o ISPP são substancialmente maiores do que para os sistemas de suporte à vida, o que significa que o peso total da infraestrutura de energia recai sobre o projeto ISPP, o que pode limitar seu retorno sobre o investimento. A energia solar pode ser mais viável em Marte do que se pensava anteriormente, oferecendo vantagens potenciais sobre a energia nuclear em termos de massa. No entanto, vários reatores nucleares de kilopower ainda são uma aposta mais segura no momento.

 

Para o ISPP lunar, reatores nucleares e energia solar são as duas principais opções. Um conceito favorável envolve concentradores solares construídos em cristas de crateras para direcionar energia para crateras permanentemente sombreadas, onde seria convertida em eletricidade. No entanto, soluções mais simples, como reatores de fissão de kilopower ou sistemas de amarração, também podem se mostrar eficazes. Além disso, o direcionamento de energia a partir de arrays de satélites é outra possível avenida para o ISPP lunar.

 

Apesar dos avanços nas tecnologias ISPP, os desafios da produção de propelente na Lua podem levar a NASA a continuar dependendo do combustível fornecido pela Terra a curto prazo. Em contraste, o ISPP em Marte poderia ser perseguido de forma mais agressiva, beneficiando-se dos avanços na energia solar e métodos de produção de oxigênio, enquanto simplifica a logística de metano ao transportá-lo da Terra.

 

Relatório de pesquisa: Near-Term NASA Mars and Lunar In Situ Propellant Production: Complexity versus Simplicity

 

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