De onde o Curiosity tira energia?
Quando pensamos em fontes de energia para sondas e naves no espaço a primeira coisa que vem à nossa cabeça são paineis solares.
Aproveitar a energia gratuita que o Sol disponibiliza constantemente é sim uma boa ideia, mas essa não é uma opção viável em todas as situações.
Manter componentes eletrônicos em temperaturas amenas, se comunicar com a Terra, navegar, se mover e conduzir experimentos consome MUITA energia.
E quando a gente pensa nas coisas em órbita da Terra, normalmente não faltam paineis solares.
A Estação Espacial, o Hubble, os satélites Starlink.
Na vizinhança da Terra paineis solares são uma ótima opção e é por isso que eles são tão comuns.
Mas quanto mais longe a nave ou sonda em questão estiver do Sol, mais difícil vai ser conseguir energia suficiente através de sua Luz.
O Curiosity, por exemplo, não possui paineis solares e já faz 8 anos que ele funciona.
Então, de onde ele tira energia?
Vamos falar sobre isso! O rover Opportunity, que foi lançado em julho de 2003 e pousou em Marte em janeiro de 2004 usava paineis solares para conduzir suas tarefas.
Sua missão finalmente chegou ao fim depois que uma grande tempestade de areia em 2018 cobriu seus paineis, cortando quase completamente sua fonte de energia.
Apesar disso ele durou bastante tempo.
Foram 15 anos de exploração! Mas o problema com energia solar em Marte vai além das tempestades de areia.
A radiação solar na superfície é governada por 3 fatores: a distância entre o Sol e Marte, o ângulo de incidência dos raios e a opacidade da atmosfera Marciana.
Quanto mais ao Norte ou mais ao Sul do planeta, menos energia chega até a superfície.
Isso limita a operação de rovers a regiões equatoriais do planeta.
E além de todos os possíveis problemas, é preciso lidar também com as variações de energia coletada com este tipo de tecnologia.
Por estes e outros motivos, uma solução mais estável pode ser preferível muitas das vezes.
Fontes de energia nucleares aqui na Terra oferecem benefícios bastante interessantes.
E com sondas e rovers não é diferente.
O Curiosity usa um Gerador Termoelétrico de Radioisótopos chamado Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator, ou MMRTG.
Sistemas como esse usam o calor gerado pelo decaimento de material radioativo para gerar energia elétrica.
O MMRTG gera cerca de 110 Watts no início da sua vida útil.
Usinas nucleares aqui na Terra usam o calor gerado pela fissão de átomos para aquecer água, gerar vapor e consequentemente mover turbinas que geram energia elétrica.
Os RTG pulam essa etapa intermediária e se aproveitam do chamado efeito termoelétrico.
Quando um material que conduz eletricidade, como um fio, é submetido a um diferencial de temperatura em suas extremidades, um diferencial de potencial elétrico surge - uma tensão.
Isso acontece por que os elétrons dos átomos ganham energia cinética e começam a vibrar com mais intensidade.
Esse diferencial de vibração faz com que os elétrons do lado quente do condutor migrem para o lado mais frio.
Isso significa que um lado fica com uma carga levemente positiva e outro com uma levemente negativa.
Esse efeito foi descoberto por um físico chamado Thomas Seebeck no século XIX e é chamado até hoje de Efeito Seebeck.
E materiais diferentes podem gerar mais ou menos diferencial de potencial elétrico em uma situaçao dessas.
E ao combinar 2 condutores diferentes, como cobre e ferro, e ligá-los pelas pontas e aquecer um dos lados, uma corrente elétrica se forma.
Esse conjunto com 2 condutores é chamado termopar e a tensão que ele gera é bastante pequena.
Mas, se vários termopares forem ligados em série isso pode ser amplificado no que é chamado de uma termopilha.
E é exatamente isso que o MMRTG usa para gerar energia.
São 768 termopares.
A fonte de calor é o Plutônio-238, que é um isótopo instável que decai para Urânio 234 e emite partículas alpha [que são facilmente bloqueadas por praticamente qualquer material].
Os MMRTG possuem cerca de 4.8 kg de dióxido de plutônio 238 que ficam encapsulados em irídio no centro do gerador.
Esses 4.8 kg são divididos em 8 compartimentos chamados "General Purpose Heat Source" (GPHS), que são projetados para sobreviver a grandes impactos e não liberar seu conteúdo caso o lançamento não seja bem sucedido.
E além de estar protegido, esse isótopo de plutônio só é realmente perigoso se for inalado ou ingerido, diferentemente de outros materiais radioativos.
A energia elétrica gerada pelo MMRTG também carrega duas baterias de lítio no rover, o que ajuda em períodos em que a demanda de atividades ultrapassa o que o gerador pode fornecer.
E além de gerar energia com as centenas de termopares, o gerador também aquece os componentes do rover.
Apesar de ser bastante denso energicamente, a quantidade de energia gerada diminui à medida que o tempo passa.
O período operacional do MMRTG é cerca de 14 anos.
Depois disso ele continua funcionando mas limita gradualmente as capacidades do rover.
O Curiosity foi projetado para funcionar por pelo menos 2 anos e ele passou dessa marca há muito tempo.
E é bem provável que falhas em outros componentes impeçam a continuação da missão antes do gerador sequer chegar a ser um problema.
Diversas missões usaram geradores de radioisótopos, como a Pioneer, Galileo, Cassini, New Horizons, Voyager e até as alguns experimentos nas missões Apollo.
E dois dos maiores exemplos do quão confiável essa tecnologia é são as Voyager.
Depois de mais de 40 anos a quantidade de energia fornecida diminuiu e forçou o desligamento de vários instrumentos, como era esperado.
Mas alguma energia ainda é gerada e é suficiente para a gente continuar recebendo dados delas depois de todo esse tempo.
O rover Perseverance, que já foi lançado, compartilha muitas similaridades com o Curiosity e usa o mesmo gerador de radioisótopos.
Então a gente pode esperar do novo rover da NASA a mesma confiabilidade energética que vimos no Curiosity assim como grandes descobertas sobre o nosso planeta vizinho.
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