A startup se dedica à criação de sistemas de propulsão por radioisótopos (RPS), uma forma de tecnologia de energia nuclear que transforma o calor gerado pela degradação de materiais nucleares em eletricidade.
A Zeno Power Systems foi agraciada com um contrato de US$ 30 milhões para a construção de um satélite impulsionado por radioisótopos destinado à Força Aérea dos Estados Unidos, com prazo estipulado para 2025.
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Este contrato de duração de quatro anos representa um acordo de “aumento estratégico de financiamento”, no qual serão fornecidos US$ 15 milhões em financiamento governamental, em conjunto com US$ 15 milhões provenientes de investidores privados. Tyler Bernstein, cofundador e CEO da empresa, revelou essa informação em entrevista à SpaceNews.
A Zeno, uma startup estabelecida em 2018, dedica-se ao desenvolvimento de sistemas de energia radioisotópica (RPS), uma forma de tecnologia nuclear que transforma o calor proveniente de materiais nucleares em decomposição em eletricidade de forma direta.
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De acordo com Bernstein, a empresa concebeu um modelo de RPS destinado a satélites de pequeno porte, visando tornar essa tecnologia mais acessível. Embora a NASA utilize há décadas o RPS para alimentar suas sondas de exploração espacial, sua comercialização tem sido limitada devido ao custo elevado e às barreiras regulatórias complexas.
O sistema RPS desenvolvido pela Zeno é caracterizado por ser de menor porte e utilizar materiais de menor qualidade. Bernstein expressa a expectativa de que tal sistema supere os desafios regulatórios e obtenha a aprovação para lançamento até 2025, valendo-se de um processo de revisão governamental mais simplificado destinado a missões espaciais impulsionadas por energia nuclear nos Estados Unidos.
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Em 2019, a empresa apresentou a concepção do RPS ao Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, conquistando diversos contratos de pesquisa inovadora destinados a pequenas empresas. O acordo STRATFI foi firmado em agosto de 2022.
Bernstein descreveu o acordo STRATFI como uma “validação crucial” do RPS como uma tecnologia viável para fornecer energia a espaçonaves militares. Para financiar sua parte no projeto, a empresa utilizará US$ 20 milhões provenientes de investimentos de capital de risco da Série A, arrecadados no ano anterior.
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Conforme destacado por Bernstein, as forças militares têm o interesse em satélites capazes de manobrar sem a preocupação com a escassez de combustível. O RPS seria instrumental para atingir esse objetivo.
O tenente-coronel Thomas Nix, gerente de projeto da Força Espacial dos EUA no AFRL, ressaltou que essa tecnologia “permitirá a manobrabilidade constante entre diferentes órbitas, desbloqueando novos recursos para o Departamento de Defesa”.
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De acordo com Nix, os satélites seriam dotados de energia ininterrupta por longos períodos de tempo, operando de forma contínua ao longo dos anos.
Como funciona o RPS
Bernstein ressalta que é importante não confundir o RPS com a propulsão elétrica nuclear, que depende de reatores de fissão. “Não somos um reator de fissão. Somos uma fonte de radioisótopos”, afirma ele.
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O RPS assemelha-se mais a uma bateria nuclear, utilizando o calor gerado pelo decaimento de um isótopo radioativo para gerar eletricidade.
“Trata-se, essencialmente, de rochas quentes em uma caixa”, declarou Bernstein.
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Os radioisótopos passam por um processo de decaimento ao longo de décadas, gerando calor. A Zeno desenvolveu um método para capturar esse calor e convertê-lo em eletricidade por meio de um dispositivo de estado sólido denominado gerador termoelétrico. A diferença de temperatura entre o ambiente interno aquecido e o vácuo frio do espaço é utilizada para gerar eletricidade.
Conforme destacado por Bernstein, um dispositivo de tamanho reduzido, semelhante a uma caixa de sapatos, tem a capacidade de gerar eletricidade ao longo de décadas.
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Uma característica fundamental do sistema desenvolvido pela Zeno é a sua independência em relação ao plutônio.
As missões planetárias da NASA contam com sistemas RPS que são alimentados pelo isótopo de plutônio-238, o qual é escasso e não está disponível comercialmente. O Departamento de Energia produz uma quantidade limitada de plutônio-238, suficiente apenas para apoiar as principais missões da NASA.
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No passado, a Força Aérea utilizava o isótopo estrôncio-90 como fonte de energia, porém suas aplicações eram restritas devido ao seu peso considerável e baixa eficiência.
O RPS desenvolvido pela Zeno emprega isótopos de estrôncio com um design inovador, resultando em uma fonte de calor mais leve. Bernstein revelou que a empresa está investigando o uso de outros isótopos no futuro.
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A primeira demonstração da fonte de calor RPS da Zeno está programada para ocorrer neste verão, em um laboratório do Departamento de Energia.
Obstáculos regulatórios
A implantação de um satélite movido por pequenas baterias nucleares geralmente enfrentaria consideráveis desafios regulatórios. No entanto, o processo de aprovação foi simplificado devido a uma ordem executiva emitida em 2019 pelo governo Trump, que revisou o procedimento de aprovação para lançamentos de sistemas nucleares no espaço.
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Antes dessa alteração de política, existia apenas um processo de aprovação para lançamentos de qualquer espaçonave com sistemas de energia nuclear, independentemente de sua composição e tamanho.
A diretriz de 2019 estabeleceu um sistema de três níveis para a revisão de cargas úteis que transportam sistemas de energia nuclear, levando em consideração a quantidade de material radioativo a bordo e a probabilidade de exposição a níveis específicos de radiação em caso de acidente. O processo de aprovação também contempla os procedimentos para descarte em órbita ao final da vida útil da missão.
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As espaçonaves que se enquadram nos dois primeiros níveis podem obter aprovação por parte da agência patrocinadora e de um painel interagências, enquanto apenas as missões de terceiro nível, que apresentam maiores riscos, requerem autorização presidencial.
Bernstein afirmou que as missões de menor nível agora têm a possibilidade de serem realizadas por meio da Administração Federal de Aviação, permitindo, pela primeira vez, que uma entidade comercial lance uma espaçonave com sistema de energia nuclear ao espaço. A Zeno está em busca da aprovação de lançamento para uma missão de nível primário.
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No início deste ano, o pedido de revisão da carga útil da Zeno foi aceito pela FAA para análise, conforme relatado por Bernstein, e uma aprovação de lançamento pode ocorrer já em 2025.
A empresa concentra seus esforços na qualificação de Sistemas de Energia de Radioisótopos (RPS) para pequenos satélites que seriam implantados pela Força Espacial, contudo, também são previstas aplicações comerciais.
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“Vemos oportunidades na economia do espaço lunar”, disse Bernstein. “No momento, todas as sondas que estão indo para a superfície lunar vão operar por 14 dias durante o dia lunar e congelar durante a noite lunar.”
“Estamos no alvorecer da era nuclear espacial comercial”, disse ele. O RPS forneceria calor e energia suficientes para que as sondas pudessem operar por anos e “permitir uma economia lunar sustentável no futuro”.
Como isso começou
Atualmente, a Zeno Power conta com uma equipe de 25 colaboradores distribuídos entre Seattle e a região de Washington, DC.
Os outros cofundadores da empresa são Jonathan Segal, ocupando o cargo de diretor de operações, e Jacob Matthews, desempenhando a função de diretor de tecnologia.
Os três cofundadores da Zeno Power Systems tiveram seu primeiro encontro na Vanderbilt University, onde Tyler Bernstein e Jonathan Segal estavam matriculados como alunos de graduação.
Jacob Matthews, por sua vez, formou-se na Academia Militar dos EUA em West Point e dedicou-se a um programa de mestrado em engenharia mecânica, com ênfase na tecnologia de Sistemas de Energia de Radioisótopos (RPS) para aplicações espaciais.
“A partir de 2018, nos reunimos e iniciamos nossa busca por essa empreitada”, relatou Bernstein.
O papel de vice-presidente de parcerias estratégicas na Zeno é ocupado por Tim Frazier, cuja experiência anterior inclui a liderança do programa de Sistemas de Energia de Radioisótopos (RPS) no Departamento de Energia dos Estados Unidos, bem como sua contribuição para o desenvolvimento das missões Cassini e New Horizons da NASA.
Outra profissional-chave na empresa é Lindsey Boles, que desempenha a função de executiva e possui um histórico como diretora de engenharia na TerraPower. A TerraPower é uma empresa renomada no projeto e desenvolvimento de reatores nucleares, fundada pelo bilionário da tecnologia, Bill Gates.
