Os 10 principais motores de espaçonaves conceituais

14

Lançar uma nave para o espaço é um processo caro e lento de ciência e engenharia estranhas. Basicamente, precisamos de foguetes, motores extremos que ejetam exaustores de propelente em alta velocidade para gerar empuxo. Sua operação é um milagre tecnológico para os padrões do século passado, mas o básico é muito fácil. Em pressão elevada, um dispositivo de ignição aciona o combustível para explodir dentro de uma câmara de combustão junto com uma fonte de oxigênio (geralmente líquido). O fluido resultante escapa pelo bico final como massa de reação.

Ao contrário dos jatos que respiram, os foguetes não podem transmitir gases atmosféricos para produzir movimento porque em alturas orbitais a atmosfera se torna muito fina. Portanto, um motor de foguete deve impulsionar seu próprio fluido de escapamento para obter impulso. Parece simples, mas os problemas técnicos envolvidos no projeto, construção, montagem e teste de espaçonaves operacionais disparam o orçamento de qualquer lançamento de satcom.

Aparentemente, superar a gravidade da Terra e chegar ao espaço sideral é o limite para os atuais foguetes químicos, que utilizam a reação exotérmica como propulsão. Felizmente, a ciência aplicada é menos uma questão de lutar contra a física do que descobrir como fazer suas leis funcionarem favoravelmente. Aqui estão 10 conceitos de unidades de espaçonaves que podem expandir os horizontes da humanidade.

10 turbojato sinérgico


Um método para construir espaçonaves mais baratas poderia ser a abordagem de estágio único para órbita (SSTO), um sistema de propulsão conceitual que não depende de equipamento de alijamento para atingir a altura orbital. Ele usaria o ar atmosférico durante o lançamento para alimentar a reação de queima do motor, o que evitará o transporte de oxidante extra e, portanto, diminuirá o peso.

Seguindo essa proposta, a empresa britânica Reaction Engines Limited (REL) projetou seu avião espacial Skylon para operar usando o SABRE, um conceito de motor respirador. Para contar apenas com seu próprio hardware interno para obter impulso, o SABRE será capaz de alternar entre dois modos de operação – um turbojato típico dependendo do ar atmosférico para alimentar a combustão interna e um motor de foguete convencional usando suprimento de oxigênio líquido.

REL divulgou uma proposta para uma viagem tripulada a Marte que empregaria a espaçonave Skylon para construir as naves da missão em órbita.

9 Foguete Nuclear Térmico


A Rosatom, uma empresa estatal russa que gerencia assuntos nucleares internos, está construindo um motor de foguete que levaria apenas 45 dias para viajar da Terra a Marte (contra os atuais 18 meses). Essa tecnologia será semelhante aos foguetes térmicos nucleares (NTRs) URSS projetados durante a Guerra Fria. Dentro de um reator a bordo, a energia liberada da divisão de átomos superaquece o fluido de trabalho para criar alta pressão e, portanto, impulso, como o que as reações de queima de propelente fazem em um foguete químico. Devido à densidade energética do combustível nuclear, os motores NTR pesam menos e têm baixo consumo.

Da mesma forma, a NASA reviveu seu projeto NTR 40 anos após o encerramento do programa NERVA, mas a agência espacial também está olhando para um espectro maior de possibilidades envolvendo a energia nuclear, como foguetes movidos a fusão e lâmpadas nucleares.

8 Unidade de Antimatéria Térmica


Cada substância física do universo é composta de matéria; a matéria consiste em partículas e, para cada partícula, existe um gêmeo escuro – a antipartícula. Uma antipartícula tem todas as características de sua contraparte, exceto a carga oposta. Quando os dois gêmeos interagem, eles se aniquilam e liberam energia no processo, muita energia. Os cientistas da NASA querem empregar esse poder para impulsionar os motores de foguetes na era das viagens interestelares.

Similarmente aos NTRs, a aniquilação da antimatéria aqueceria o fluido de trabalho para gerar o empuxo, mas com uma eficiência de combustível exponencialmente maior. 100 miligramas de antimatéria são suficientes para chegar a Marte, enquanto um foguete químico precisaria de toneladas de propelente para uma missão tripulada. Os pesquisadores querem até mesmo financiar um navio de antimatéria no Kickstarter.

7 propulsão de pulso nuclear


Que tal uma viagem a Alpha Centauri, lançando bombas atômicas no caminho para impulsionar sua nave? A propulsão de pulso nuclear pode ser o caminho mais viável para a viagem interestelar. Iniciado em 1958 como um empreendimento da DARPA, o Projeto Orion ansiava por construir uma verdadeira nave de ópera espacial – construção em estilo submarino, 200 tripulantes, milhares de toneladas de peso de decolagem – e lançá-la em órbita usando propulsão de pulso nuclear. Tudo viável, do ponto de vista teórico e de engenharia.

Um motor Orion poderia produzir megatons de empuxo direcionando pequenas explosões nucleares contra uma enorme placa de aço unida à espaçonave com amortecedores de choque, mas questões políticas e de orçamento provaram ser problemas piores do que obstáculos mecânicos. O Projeto Orion foi fechado em 1965 após várias realizações, no entanto, conceitos semelhantes como a nave Medusa e a propulsão por fissão de antimatéria ainda estão em pesquisa.

6 Nanopartículas Micropropulsão


Carregar eletricamente moléculas de propulsor e, em seguida, impulsioná-las por meio de campos magnéticos é uma maneira extremamente eficaz de impulsionar espaçonaves – apesar da pequena força de impulso, os propulsores de íons são várias vezes mais eficientes em termos de energia do que os foguetes químicos e, eventualmente, correspondem à propulsão exotérmica a longo prazo. A propósito, esse foi o sistema que impulsionou a espaçonave Dawn até Vesta e Ceres.

Financiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, a Universidade de Michigan está desenvolvendo um propulsor iônico experimental denominado NanoFET. O motor dispararia trilhões de nanopartículas de propelente por meio de sistemas nanoeletromecânicos, abrindo um conceito de propulsor em um chip que pode impulsionar os satélites miniaturizados de amanhã. As grades dos módulos NanoFET podem ser adaptadas de forma flexível e escaladas para atender a diferentes projetos e necessidades de engenharia.

5 Q-Thruster


Foguetes expelem propelente (ação) para obter impulso (reação) de acordo com a terceira lei de Newton, mas e se um impulso pudesse quebrar essa regra básica da natureza? Roger Shawyer, um engenheiro aeroespacial britânico, acreditava que isso era perfeitamente possível quando, em 1999, propôs um motor sem reação chamado propulsor de cavidade ressonante de radiofrequência ou apenas EmDrive (unidade eletromagnética). Um EmDrive ricocheteava as microondas dentro de um cone para produzir impulso em direção à extremidade estreita. O experimento criou polêmica na comunidade científica mesmo depois que pesquisadores chineses, alemães e da NASA reproduziram os procedimentos de Shawyer com resultados positivos.

O modo como os EmDrives funcionam exatamente permanece na vanguarda da física. A teoria da flutuação quântica diz que o vácuo efervescente com partículas energéticas entrando e saindo da realidade. Interagindo com essas partículas por meio de microondas, seria possível que uma nave fosse impulsionada.

O EmDrive criou um conceito totalmente novo de motores de foguete conhecidos como propulsores de vácuo quântico (Q-propulsores).

4 propulsor de laser fotônico


Young K. Bae é um Ph.D. Dr. físico fundador da YK Bae Corp – um esforço dedicado à pesquisa de tecnologias “verdes" nas áreas de energia e viagens espaciais. As patentes de Bae incluem ferrovias fotônicas, uma nova classe molecular e o Photonic Laser Thruster (PLT). Bae estudou o PLT com financiamento da NASA e foi capaz de projetar um conceito de driver espacial que não precisaria carregar tanques de combustível. Em vez disso, o PLT receberá seu impulso de lasers disparados contra a espaçonave. Como o vácuo não tem atrito, uma nave movida a PLT ganharia impulso de forma constante para percorrer a distância até Marte em questão de dias.

Os desenvolvimentos na tecnologia de energia dirigida serão cruciais para fornecer feixes de laser de megawatts capazes de impulsionar uma espaçonave pelo espaço sideral, permitindo uma arquitetura livre de componentes pesados, como combustível e fontes de alimentação principais.

3 Coilgun Space Launcher


Escritores de ficção científica, como Arthur C. Clarke e Robert Heinlein, consideram as catapultas eletromagnéticas como dispositivos de enredo há décadas. Mesmo hoje, acelerar magneticamente uma carga útil a centenas de quilômetros acima da Terra pode parecer pura ficção científica, mas cientistas como o Dr. James Powell e o Dr. Gordon Danby acham que isso fará parte do futuro das viagens espaciais. Powell e Danby co-inventaram o supercondutor maglev (suspensão magnética), permitindo que os trens EM atuais sejam desenvolvidos, e agora eles querem aplicar a tecnologia em viagens espaciais por meio do Projeto Startram.

Na visão de Powell e Danby, as bobinas produziriam um forte campo magnético para impulsionar uma espaçonave ou carga útil em alta velocidade por quilômetros de ferrovia, semelhante ao que acontece com o projeto de um coilgun. Para obter impulso suficiente, a pista terá vários quilômetros de comprimento e custará dezenas de bilhões de dólares, mas – de acordo com seus inventores – é um pequeno preço a pagar pelo futuro.

2 Stellar Windjammer

O Sol, como qualquer outra estrela, emite partículas carregadas constantemente – um verdadeiro vendaval de prótons e elétrons em alta velocidade. Essa pressão de radiação pode empurrar contra um campo magnético e gerar impulso.

Após uma década de viagem espacial, uma nave espacial Sunjammer seria capaz de cruzar as fronteiras distantes de nosso sistema solar sem desperdiçar qualquer combustível, manobrando em campos magnéticos e gravitacionais exoplanetários para calibrar sua trajetória. A direção do impulso pode ser ajustada mudando a vela de acordo com o vento solar.

Uma vez que a força propulsora dependeria do tamanho do campo magnético, uma vela solar precisaria de centenas de metros e quilômetros de material supercondutor para produzir seu campo magnético, lembrando laços ciclópicos de arame em vez das telas ventosas da Era da Navegação.

A NASA planeja implantar uma vela solar em 2018 durante a pesquisa aérea do Asteroid Scout.

1 Alcubierre Drive


As equações de campo de Einstein afirmam que a energia e a matéria podem curvar a malha espaço-tempo da realidade. Especulativamente, esticando a estrutura do espaço atrás de uma nave e contraindo o espaço à sua frente, é possível alcançar uma viagem FTL (mais rápida que a luz) aparente. Claro, seria o espaço se movendo e não a nave, como um jogo de rolagem, então nenhuma lei relativística seria quebrada. Navegando em uma bolha de dobra de ondas do espaço-tempo, nossa nave pode atingir velocidades muitas ordens de magnitude maiores do que a da luz. Poderíamos até viajar para Marte em menos de um segundo, mas acho que desacelerar seria um problema!

O impulso de Alcubierre ou apenas impulso de dobra foi proposto pelo físico mexicano Miguel Alcubierre como uma solução para as equações de campo de Einstein, que afirmam que a energia e a matéria podem curvar a malha do espaço-tempo. Usando um campo de massa menor que zero, o mecanismo de dobra faria com que o tecido do espaço se torçasse e se movesse.

Fonte de gravação: www.wonderslist.com

Este site usa cookies para melhorar sua experiência. Presumiremos que você está ok com isso, mas você pode cancelar, se desejar. Aceitar Consulte Mais informação