Explorar o espaço não é uma tarefa simples como séries, desenhos e sitcoms mostram. A humanidade enfrenta desafios para alcançar avanços nessa área, desafios que se remetem desde a descoberta do fogo até a produção de elementos capazes de sustentar uma cidade. Neste contexto, abordaremos os próximos passos das pesquisas voltadas para a exploração espacial, como complemento de leitura, sugiro o artigo já publicado "Desafios enfrentados pela humanidade na exploração espacial".
Evoluções tecnológicas são os pilares da humanidade e da nossa permanência no planeta. No entanto, ao olharmos para o vasto espaço acima de nossas cabeças, somos confrontados com a humildade de sermos meros habitantes de um cosmos vasto e misterioso. Nesse contexto, percebemos que a humanidade é um coletivo em constante aprendizado,descobrindo que a agricultura em sociedade é evolutivamente melhor do que viver como nômade.
Nômade é um termo que se refere a alguém que não tem uma habitação física fixa, ou seja, vive se mudando de um lugar para outro sem estabelecer residência. O termo "nômade" tem origem no latim "nomas/nomadis", cujo significado é “grupos errantes”. Ainda que utilizemos tecnologias primitivas na exploração, as áreas de pesquisa estão extremamente elaboradas.
Propulsão iônica e de efeito Hall
Propulsão Iônica:
Tecnologia da qual já possuímos amplo conhecimento, é um dos principais campos de pesquisa, empregando padrões elétricos extremamente sofisticados. Isso reduz a necessidade de propelentes químicos para quantidades mais leves e menores, no entanto, ainda é utilizado apenas no espaço devido à sua eficiência inicial. Ao lançar um satélite em órbita, é necessário que ele seja capaz de fazer correções de órbita, desvios, entre outras operações. Seria completamente inviável um aparelho permanecer em órbita por 20 anos utilizando um tanque com combustível gigante, o que aumentaria o peso, reduziria a eficiência e tornaria os satélites mais caros, inviabilizando sua vida útil. Portanto, utiliza-se o motor químico apenas para a entrada em órbita, onde se exige uma potência alta e extremamente violenta. Após esse processo, os estágios com propelente químico são eliminados e os propulsores iônicos assumem o processo de manutenção em órbita. Eles utilizam um campo eletromagnético para impulsionar o plasma, geralmente usando gás, gerando movimento de forma econômica e promissora como substitutos para as tecnologias atuais. No entanto, devido à sua baixa eficiência acelerativa, ainda não são utilizados em viagens espaciais, onde se requer maior potência de velocidade.
Legenda 1 - PROTÓTIPO FUNCIONAL MOTOR IÔNICO - Fonte: NASA/JPL
Propulsão de efeito Hall:
Seguindo o mesmo padrão da tecnologia de propulsão iônica, o efeito Hall é o grande diferencial do protótipo iônico padrão. Sua principal vantagem é a eficiência, sendo maior do que a do motor iônico convencional. Isso se deve ao fato de que o fluxo contém íons positivos e elétrons, o que evita o acúmulo de carga espacial que reduz a tensão do campo elétrico durante a aceleração. Além disso, a aceleração dos íons ocorre em um plasma quase neutro, o que previne a formação de uma nuvem de elétrons que poderia interferir no fluxo de corrente elétrica, reduzindo a eficiência do propulsor.
Nesse campo, o Brasil se destaca como um dos principais pesquisadores, representado pela UnB (Universidade de Brasília-DF). Até o momento, a tecnologia ainda não possui protótipos físicos, encontrando-se na fase teórica de cálculos. Isso se deve à necessidade de diversos ajustes de cálculos conforme o objeto ou foguete se locomove, levando em consideração a perda de combustível (massa) e a eficiência energética requerida.
Propulsores nucleares
Propulsão nuclear térmica:
Uma das tecnologias promissoras para exploração espacial é a utilização de elementos radioativos, como o Plutônio 238, para alimentar um pequeno reator nuclear e gerar altas quantidades de energia capazes de movimentar um propulsor elétrico. Isso eliminaria a necessidade de enormes tanques de combustíveis fósseis. No entanto, apesar de ser amplamente pesquisada, essa tecnologia ainda não possui nenhum protótipo, principalmente devido a preocupações éticas e ambientais relacionadas ao uso ou a um possível acidente envolvendo elementos radioativos.
Embora a humanidade tenha alcançado grandes avanços na produção e lançamento de foguetes, um acidente na órbita ou na plataforma de lançamento poderia resultar em uma catástrofe semelhante ao ocorrido em 26/04/86 em Chernobyl e sua vizinha Pripyat. Além disso, um acidente em órbita, como uma explosão, poderia danificar toda a órbita do planeta, desativando todos os satélites e até mesmo causar a reentrada desse material na atmosfera.
Até que a humanidade seja capaz de conter uma explosão nuclear, o uso dessa tecnologia é proibido pelo tratado do espaço exterior. No entanto, vale ressaltar que as sondas Voyager I e Voyager II utilizam geradores termoelétricos radioisótopos para manterem-se funcionando mesmo após mais de 4 décadas.
Propulsores Solares
Velas de plasma ou Velas Solares:
Utilizando os mesmos princípios das velas dos navios no oceano, entretanto, só podem ser realmente usadas após já se ter definido um trajeto. Após a definição, uma enorme tela é estendida em oposição ao brilho da estrela (sol), e então a pressão exercida pelos fótons (partículas responsáveis pela luz) impulsiona a sonda ou o objeto em direção ao destino final. Devido à baixa influência gravitacional, a aceleração é gradativa, tornando-se maior com o passar do tempo, mas impossibilitando qualquer correção de trajetória ou desvio de obstáculos. Além disso, é facilmente danificável pela poeira cósmica. Portanto, é necessário ter um propulsor para desaceleração ao chegar no destino.
Sua principal característica benéfica é a economia financeira, visto que é um sistema relativamente simples de produzir. Essa tecnologia já foi utilizada em algumas missões espaciais, como, por exemplo, a sonda Mariner 10, que utilizou seus espelhos solares como “velas” para estender sua vida útil.
Legenda 2 - Representação Artística de correção de órbita com utilização de Velas Solares - Fonte: NASA
Curvatura Espacial
Motores de curvatura espacial:
Dentre todas as inovações, a curvatura espacial é fisicamente a mais improvável de se tornar um modelo funcional. Embora seja teorizada e frequentemente utilizada em séries e filmes de ficção, a curvatura espacial opera com o princípio de comprimir o espaço à frente e expandir atrás da nave. Teoricamente, esse modelo é mais eficiente do que a velocidade da luz, uma vez que não se trata de uma aceleração, mas sim de uma distorção.
Para entender didaticamente, imagine que o espaço é como uma folha de papel. Para viajar de uma extremidade à outra seria necessário percorrer um trajeto longo. No entanto, se você pudesse dobrar a folha de papel e passar por ela, não precisaria percorrer todo o trajeto, apenas atravessá-la. Os motores de curvatura operam com o mesmo princípio.
Na física quântica, essa teoria tem grande respaldo e possibilidade de utilização. A criação dessa tecnologia dependeria apenas de um elemento ainda não manipulável ou encontrado fora da teoria: a matéria exótica. Embora não possamos provar sua existência através de experimentos, teorias e cálculos apontam para essa possibilidade.
Legenda 3 - Representação impulso de distorção - Warp Drive - Crédito: Kris Holland, basado en Enterprise Design por Matt Jeffries
Conclusão
Embora muitas das tecnologias abordadas sejam apenas teóricas ou ainda estejam vetadas até o momento, é necessário realizar uma análise profunda dos períodos em que o simples fato de que nenhuma dessas teorias existia. Todo avanço um dia já foi teorizado para se tornar realidade. O mundo vive em uma das épocas mais promissoras da área e esse avanço é mais do que possível. Quando a humanidade alcançar o ponto dessa conquista, novas surgirão e, novamente, teremos novas teorias que posteriormente se tornarão realidade.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS
[1] ANDRADE, E. (2018). Aplicando a dinâmica de populações ao caso do propulsor a plasma de efeito Hall. Dissertação, Instituto de Física, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 54 p
[2] Evangelista Aguiar de Souza, R. (2023). Estudo sobre sistemas propulsivos nucleares. E-Boletim Da Física, 11(2). https://doi.org/10.26512/e-bfis.v11i2.47040
[3] Inovação Tecnológica. 17/08/2004. Engenheiros japoneses lançam vela solar.
Acessado em 16 de abril de 2024, de https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010130040817
[4] W. de Sitter, On the curvature of space, in: KNAW, Proceedings, 20 I, 1918, Amsterdam, 1918, pp. 229-243
[5] Introducing Physical Warp Drives
Alexey Bobrick, Gianni Martire, Advanced Propuls