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.

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.

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.

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.

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”.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

“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.

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