O que são os RTGs, feitos para as naves espaciais mais distantes de nós, e porque é que são tão importantes? A missão Voyager da NASA pode explicar-nos.
Alimentar naves espaciais com energia solar pode não parecer um desafio, dada a intensidade da luz do Sol na Terra. As naves espaciais próximas da Terra utilizam grandes painéis solares para obter a eletricidade necessária ao funcionamento dos seus sistemas de comunicação e instrumentos científicos.
As naves espaciais têm de suportar intensas erupções solares, radiação e variações de temperatura de centenas de graus abaixo de zero a centenas de graus acima de zero, os engenheiros desenvolveram soluções inovadoras para alimentar algumas das missões espaciais mais remotas e isoladas.
Os RTGs são essencialmente baterias alimentadas por energia nuclear. Mas, ao contrário das pilhas AAA do comando da sua televisão, os RTGs podem fornecer energia durante décadas a centenas de milhões ou milhares de milhões de quilómetros da Terra.
Energia nuclear
Os geradores termoeléctricos de radioisótopos não dependem de reações químicas como as pilhas do seu telemóvel. Em vez disso, baseiam-se no decaimento radioativo de elementos para produzir calor e, eventualmente, eletricidade. Embora este conceito pareça semelhante ao de uma central nuclear, os RTGs funcionam segundo um princípio diferente.
A maior parte das RTGs são construídas utilizando plutónio-238 como fonte de energia, que não é utilizável em centrais nucleares, uma vez que não sustenta reações de fissão. Em vez disso, o plutónio-238 é um elemento instável que sofrerá decaimento radioativo.
O decaimento radioativo, ou decaimento nuclear, ocorre quando um núcleo atómico instável emite espontânea e aleatoriamente partículas e energia para atingir uma configuração mais estável. Este processo faz com que o elemento se transforme frequentemente noutro elemento, uma vez que o núcleo pode perder protões.
Quando o plutónio-238 decai, emite partículas alfa, que consistem em dois protões e dois neutrões. Quando o plutónio-238, que começa com 94 protões, liberta uma partícula alfa, perde dois protões e transforma-se em urânio-234, que tem 92 protões.
Estas partículas alfa interagem e transferem energia para o material que rodeia o plutónio, aquecendo esse material. O decaimento radioativo do plutónio-238 liberta energia suficiente para que possa brilhar a vermelho devido ao seu próprio calor, e é este calor poderoso que constitui a fonte de energia para alimentar um RTG.
Calor como energia
Os geradores termoeléctricos de radioisótopos podem transformar calor em eletricidade utilizando um princípio chamado efeito Seebeck, descoberto pelo cientista alemão Thomas Seebeck em 1821. Como benefício adicional, o calor de alguns tipos de RTGs pode ajudar a manter a eletrónica e os outros componentes de uma missão no espaço profundo quentes e a funcionar bem.
Na sua forma básica, o efeito Seebeck descreve como dois fios de diferentes materiais condutores unidos num laço produzem uma corrente nesse laço quando expostos a uma diferença de temperatura.
Os dispositivos que utilizam este princípio são designados por pares termoelétricos, ou termopares. Estes termopares permitem que os RTGs produzam eletricidade a partir da diferença de temperatura criada pelo calor do decaimento do plutónio-238 e pelo frio gélido do espaço.
Conceção do gerador termoelétrico de radioisótopos
Num gerador termoelétrico de radioisótopos básico, tem um contentor de plutónio-238, armazenado sob a forma de dióxido de plutónio, muitas vezes num estado sólido de cerâmica que proporciona segurança extra em caso de acidente. O material de plutónio está rodeado por uma camada protetora de folha de isolamento à qual está ligado um grande conjunto de termopares. Todo o conjunto se encontra dentro de um invólucro protetor de alumínio.
O interior do RTG e um lado dos termopares são mantidos quentes – perto de 1.000 graus Fahrenheit (538 graus Celsius) – enquanto o exterior do RTG e o outro lado dos termopares são expostos ao espaço.
A forte diferença de temperatura permite que um RTG transforme o calor do decaimento radioativo em eletricidade. Essa eletricidade alimenta todo o tipo de naves espaciais, desde sistemas de comunicações a instrumentos científicos e rovers em Marte, incluindo cinco missões atuais da NASA.
A verdadeira vantagem dos RTGs é a sua capacidade de fornecer energia previsível e consistente. O decaimento radioativo do plutónio é constante – todos os segundos de todos os dias durante décadas. Ao longo de cerca de 90 anos, apenas metade do plutónio de um RTG terá decaído. Um RTG não necessita de peças móveis para gerar eletricidade, o que torna muito menos provável que se avarie ou deixe de funcionar.
Além disso, têm um excelente registo de segurança e foram concebidos para sobreviver à sua utilização normal e também para serem seguros em caso de acidente.
RTGs em ação
Os RTGs têm sido fundamentais para o sucesso de muitas das missões do sistema solar e do espaço profundo da NASA. E nenhuma missão capta o poder dos RTGs como as missões Voyager.
As sondas Voyager 1 e Voyager 2 estão a cerca de 15,5 mil milhões de milhas e 13 mil milhões de milhas (quase 25 mil milhões de quilómetros e 21 mil milhões de quilómetros) da Terra, respetivamente, o que faz delas os objetos humanos mais distantes de sempre. Mesmo a estas distâncias extremas, os seus RTGs continuam a fornecer-lhes energia consistente.
Estas naves espaciais são um testemunho do engenho dos engenheiros que conceberam os primeiros RTGs no início da década de 1960.
ZAP // The Conversation
