O futuro da exploração espacial passa
pelo aperfeiçoamento das tecnologias que conhecemos hoje – principalmente no
que diz respeito a novas formas de propulsão que poderão equilibrar a
eficiência do combustível com o seu poder.
Os cientistas não só estão buscando
motores capazes de conseguir um grande impulso usando menos combustível, sendo
assim mais rentáveis, mas também naves que poderão transportar os astronautas
para destinos como Marte e além em menos tempo.
É aí que os motores como o propulsor
X3 Hall-effect entram em jogo. Este propulsor, que está sendo desenvolvido pelo
Glenn Research Center da NASA, em conjunto com a Força Aérea dos EUA e a
Universidade de Michigan, é um modelo ampliado dos tipos de propulsores usados pela
nave espacial Dawn.
Durante um teste recente, este propulsor destruiu o recorde anterior de um propulsor de
efeito Hall, alcançando maior potência e impulso superior. Os
propulsores de efeito Hall obtiveram maior atenção nos últimos anos devido à
sua extrema eficiência. Eles funcionam girando pequenas quantidades de material
propulsor (geralmente gases inertes como xenônio) em plasma carregado com
campos elétricos, que é então acelerado muito rapidamente usando um campo
magnético.
Comparados aos foguetes químicos,
eles podem alcançar velocidades superiores usando uma pequena fração de
combustível. No entanto, um grande desafio até agora tem sido a construção de
um propulsor de efeito Hall que seja capaz de alcançar altos níveis de impulso
também.
Embora os motores de íons
convencionais sejam eficientes em termos de combustível, normalmente produzem
apenas uma fração do impulso produzido por foguetes que dependem de propelentes
sólidos químicos. Por isso, a NASA vem desenvolvendo o modelo ampliado do
modelo X3 em conjunto com seus parceiros.
O desenvolvimento do propulsor foi
supervisionado por Alec Gallimore, professor de engenharia aeroespacial da
Universidade de Michigan.
“As missões para Marte estão no
horizonte, e já sabemos que os propulsores Hall funcionam bem no espaço. Eles
podem ser otimizados para transportar equipamentos com energia mínima e
material propulsor ao longo de um ano ou mais, ou para carregar a tripulação
para Marte muito mais rapidamente”, afirma.
Em testes recentes, o X3 quebrou o
registro de impulso anterior definido por um propulsor Hall, alcançando 5,4
newtons de força em comparação com o registro antigo de 3,3 newtons. O X3
também duplicou a corrente de operação (250 amperes vs. 112 amperes) e
funcionou com uma potência ligeiramente superior à do registro anterior (102
kilowatts vs. 98 kilowatts).
Isso foi uma novidade encorajadora,
pois significa que o motor pode oferecer aceleração mais rápida, o que
significa tempos de viagem mais curtos.
O teste foi realizado por Scott Hall
e Hani Kamhawi, no NASA Glenn Research Center, em Cleveland, nos EUA. Hall é
estudante de doutorado em engenharia aeroespacial na Universidade de Michigan e
Kamhawi é cientista de pesquisa do Centro Glenn da NASA, que está fortemente
envolvido no desenvolvimento do X3.
Este teste foi o ponto culminante de
mais de cinco anos de pesquisa, que buscou melhorar os atuais projetos de
efeito Hall. Para realizar o teste, a equipe confiou na câmara de vácuo da
NASA, que atualmente é a única câmara nos EUA que pode lidar com o propulsor
X3.
Isto é devido à grande quantidade de
exaustão que o propulsor produz, o que pode resultar em derivação de xenônio
ionizado de volta para a pluma de plasma, desviando os resultados do teste.
A configuração do Centro Glenn da
NASA é a única com uma bomba de vácuo poderosa o suficiente para criar as
condições necessárias para manter o escape limpo. Hall e Kamhawi também tiveram
que construir um suporte de impulso personalizado para suportar a armação de
227 kg do X3 e suportar a força que ele gera, já que os stands existentes não
eram suficientes.
Depois de garantir uma janela de
teste, a equipe passou quatro semanas preparando o suporte, o propulsor e
configurando todas as conexões necessárias. Durante todo o tempo, pesquisadores
da NASA, engenheiros e técnicos estavam prontos para oferecer suporte. Após 20
horas de bombeamento para conseguir um vácuo semelhante ao espaço dentro da
câmara, Hall e Kamhawi realizaram uma série de testes onde o motor seria ligado
por 12 horas direto.
Ao longo de 25 dias, a equipe levou o
X3 ao seus recordes de força, níveis de corrente e de impulso.
Olhando para a frente, a equipe
planeja realizar mais testes no laboratório de Gallimore na Universidade de
Michigan usando uma câmara de vácuo atualizada. Essas atualizações estão
programadas para ser concluídas em janeiro de 2018 e permitirão ao time
realizar testes futuros.
Na primavera de 2018, espera-se que o
motor seja integrado a sistemas de energia que estão sendo desenvolvidos. Neste
ponto, uma série de testes de 100 horas serão novamente conduzidos no Glenn
Research Center.
O X3 é um dos três protótipos que a
NASA está pesquisando para futuras missões com tripulação para Marte, que tem
como objetivo reduzir os tempos de viagem e reduzir a quantidade de combustível
necessária. Além de tornar essas missões mais rentáveis, os tempos de trânsito
reduzidos também destinam-se a reduzir a quantidade de radiação que os
astronautas serão expostos à medida que viajam entre a Terra e Marte. [Science Alert]
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