Sciam
Clique e assine Sciam
Notícias

Brisa solar impele veleiros espaciais

Abordagens tecnológicas avançadas criam novas perspectivas para viagens interplanetárias e até interestelares utilizando velas espaciais

Larry Greenemeier
Cortesia de Rick Sternbach, The Planetary Society
Vela elétrica movida a evento solar: Pesquisador do Instituto de Meteorologia da Finlândia está desenvolvendo uma vela espacial elétrica formada por até 100 cabos de liga de alumínio ou cobre (cada um com cerca de 20 quilômetros, de comprimento e 20 microns de diâmetro) que utiliza o vento solar como fonte propulsora.
Como impelir espaçonaves além das fronteiras do Sistema Solar? A Voyager 1 lançada há três décadas pela Nasa, encontra-se hoje a cerca de 16 bilhões de quilômetros da Terra. Para obter a aceleração necessária para prosseguir rumo aos confins do Sistema Solar, com uma velocidade de 17 km/s, a Voyager 1 utiliza a inércia de seu lançamento e campos gravitacionais dos planetas pelos quais vai passando.

Infelizmente, a Voyager 1 demorou tanto para atingir sua posição atual, que por volta de 2025 a sonda terá consumido toda a energia fornecida pelos geradores termelétricos à base de radioisótopos (RTG) ─ que convertem calor do decaimento radioativo de materiais como plutônio em eletricidade. Nessa ocasião, ao atravessar o espaço interestelar, a Voyager 1 não terá mais energia para alimentar os instrumentos científicos que transporta ou enviar mensagens para a Nasa. Qualquer missão que pretender ir mais além terá que dispor de meios de aceleração mais eficientes para conduzir a nave até os limites do espaço explorado ─ antes de esgotar suas fontes de energia radioativa.

Acredita-se que a solução seja adotar velas espaciais que utilizam energia solar para manter a aceleração da nave muito tempo depois de ela ter escapado da atmosfera terrestre. Quando tiver se desvencilhado da influência solar, a nave poderá atingir uma velocidade de cruzeiro superior à da Voyager 1 e mantê-la utilizando inércia. Dessa forma ainda haverá bastante combustível nos seus RTGs e/ou em outros geradores que alimentam instrumentos e sistemas de radiocomunicação com a Terra, permitindo que ela prossiga em sua missão por décadas a fio. A Nasa esta se preparando para testar nos próximos dias uma nova vela espacial que utiliza a luz solar para fornecer essa aceleração, enquanto um pesquisador do Instituto Meteorológico da Finlândia está refinando um projeto que utiliza um tipo diferente de vela espacial, que fará a nave surfar pelo vento solar, um feixe contínuo de partículas carregadas emitidas pelo Sol com velocidade de 30 km/s, o dobro da velocidade da Voyager 1.
Cortesia de Rick Sternbach, The Planetary Society
Cosmos 1: Vela espacial solar Cosmos 1 da Planetary Society praticamente montada no espaço em 2005; sua sucessora (Cosmos 2) está em construção.
O conceito de velas espaciais remonta ao século 16, quando o astrônomo alemão Johannes Kepler, teve a idéia ─ pela primeira vez ─ de usar a energia solar para impulsionar objetos espaço a fora. Hoje existem três tipos principais de velas espaciais: solar (que a Nasa pretende testar), elétrica (em desenvolvimento na Finlândia) e magnética (um conceito popular dos anos 1980, que nunca funcionou na prática).

Cientistas do Marshall Space Flight Center, da Nasa, em Huntsville, Alabama e do Ames Research Center, em Moffett Field, Califórnia, planejam testar nos próximos dias a vela solar que será colocada no espaço a bordo do foguete Falcon 1 desenvolvido pela Space Exploration Technologies (ScpaceX), em Hawthorne, Califórnia. A Nasa afirma que durante sua missão de duas semanas, a vela solar NanoSail-D de 4,5 kg será a primeira a ser completamente montada no espaço e a usar a luz solar como propulsor de vôo e de manobras orbitais. A vela em forma de pipa é construída em alumínio e plástico e totalmente aberta abrange uma área coletora de luz de cerca de 30,5 m2. A Nasa já gastou mais de US$30 milhões no desenvolvimento da tecnologia da NanoSail-D.

A NanoSail-D poderá ser seguida dentro de três anos por uma outra vela solar, construída pela Planetary Society, uma organização sem fins lucrativos localizada em Pasadena, Califórnia. O grupo está projetando a parte eletrônica, o conjunto solar e os motores da vela solar Cosmos 2, que deverá ser lançada por um foguete russo Soyuz-Fregat, com tecnologia similar à utilizada para levar astronautas e turistas para a Estação Espacial Internacional (ISS). A vela solar Cosmos 1 foi colocada no espaço em 2005, depois de cinco anos de desenvolvimento e um lançamento mal sucedido em 2001, devido a uma falha do lançador, o foguete russo Volna.
Louis Friedman, diretor executivo da Sociedade Planetária, adverte que para testar as velas, é preciso lançá-las, pois na atmosfera terrestre não há vento solar. Rússia e Japão testaram tecnologias similares, mas como os testes foram feitos próximo à Estação Espacial Russa Mir (que não existe mais) ou em vôo suborbital “elas não são consideradas velas solares de fato,” completa Friedman.

Nesse ínterim, Pekka Janhunen, pesquisador-associado do Instituto Meteorológico da Finlândia, em Helsinki, está desenvolvendo uma vela espacial elétrica que utiliza o vento solar como fonte propulsora e dispensa qualquer combustível ou propelente. Pekka explica que a vela consistirá de até 100 cabos de liga de alumínio ou cobre ─ cada um com cerca de 20 quilômetros de comprimento e 20 microns de diâmetro (um mícron equivale a um milionésimo de metro) ─ preso a uma carretilha que ajusta o comprimento dos cabos. Cada cabo recebe uma carga elétrica de até 20 kilovolts de um canhão eletrônico alimentado a energia solar preso à vela. A carga elétrica dos cabos reage com o plasma do vento solar para garantir o movimento. Janhunen acredita que uma nave de 200 kg usando vela elétrica levará menos de cinco anos para percorrer a distância entre a Terra e Plutão, o planeta-anão.

Ainda é muito cedo para estimar os custos de construção da vela elétrica, avalia Janhunen, mas ele acredita que seria quatro vezes mais barato construir e colocar no espaço uma nave presa a uma vela espacial elétrica, porque ela seria mais leve que as naves convencionais e só precisaria de combustível para sair da atmosfera terrestre. Uma vez no espaço, para aumentar a propulsão, bastaria adicionar mais cabos ou colocar cabos mais longos.

O projeto de Janhunen está deixando a prancheta e indo para o laboratório. Ele espera construir dentro de três anos um protótipo que poderá ser testado fora da atmosfera terrestre. Se tudo der correto, ele poderá utilizar cabos eletrificados mais longos para aproveitar melhor o vento solar e testar a capacidade dessa estrutura impelir algum tipo de espaçonave.
Uma vela espacial magnética também poderá utilizar o vento solar para adquirir movimento. Robert Zubrin, fundador e presidente da Mars Society e presidente da Pioneer Astronautics, uma empresa de pesquisa e desenvolvimento aeroespacial em Lakewood, Colorado e Dana Andrews, diretor de tecnologia da Andrews Space, em Seattle, Washington, idealizaram, nos anos 1980, uma vela magnética ─ uma tentativa para melhorar o projeto da vela solar. Em vez de aproveitar a luz solar, ela utilizaria como meio de propulsão o plasma do vento solar ─ que se propaga a uma velocidade de 500 km/s.

Aproveitando o fato de que o plasma é defletido por campos magnéticos, Zubrin e Andrews propuseram encapsular a nave dentro de um campo magnético ─ como uma bolha ─ e fazer o vento solar empurrar a espaçonave. Porém havia um pequeno obstáculo: os cabos supercondutores necessários para criar o campo magnético nunca foram desenvolvidos. O projeto básico recebeu um financiamento reduzido do Instituto de Estudos Avançados da Nasa, mas essa instituição foi fechada no ano passado. “A vela magnética é um conceito que ainda precisa dispor de mais avanços tecnológicos para seguir adiante,” comenta Zubrin. A ESA pensou em utilizar a vela magnética durante uma viagem tripulada para Marte, mas acabou chegando à mesma conclusão que Zubrin.

Naturalmente, nenhuma dessas velas será auto-suficiente quando estiver fora do alcance do Sol. A 60 bilhões de quilômetros do Sol “o vento solar é extremamente fraco, praticamente inexistente”, lembra Janhunen. Ele acredita que para a vela espacial elétrica voar além do sistema solar será necessário ter uma fonte de energia nuclear a bordo, para alimentar seus sistemas ─ como no caso da Voyager 1.

A principal vantagem de se construir uma vela especial bem-sucedida é poder aumentar indefinidamente a velocidade de uma espaçonave, sem necessidade de propelentes. “Isso permitiria percorrer distâncias enormes com velocidades enormes,” conclui Friedman da Planetary Society. “Essa é a única tecnologia que um dia poderá nos conduzir às estrelas.”