A NASA está muito interessada em desenvolver um método de propulsão que permita que as naves espaciais se desloquem mais rápido. Já relatamos várias vezes diferentes ideias para apoiar esse objetivo, e a maioria das mais bem-sucedidas utilizou bem a gravidade do Sol, normalmente girando em torno dele, como é comumente feito com Júpiter atualmente. Mas ainda existem obstáculos significativos ao fazer isso, e o menos importante deles é a energia que irradia do Sol simplesmente vaporizando qualquer coisa que se aproxime o suficiente para utilizar a assistência da gravidade. Esse é o problema que um projeto apoiado pelo Instituto de Conceitos Avançados (NIAC) da NASA e dirigido por Jason Benkoski, agora do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, está tentando resolver.

O projeto recebeu uma subvenção da Fase I do NIAC em 2022, focada na combinação de dois sistemas separados – um escudo térmico e um sistema de propulsor térmico. De acordo com o relatório final do projeto, a combinação dessas duas tecnologias poderia permitir que uma espaçonave realizasse o que é conhecido como manobra de Oberth ao redor do Sol. Neste truque da mecânica orbital, uma espaçonave usa bem a gravidade do Sol para se lançar em alta velocidade na direção que aponta. É semelhante à tecnologia Sundiver discutida em outros artigos.

Então, o que torna este projeto único? Uma coisa é o escudo térmico – o Dr. Benkoski e sua equipe desenvolveram um material que é capaz de suportar até 2.700 K. Embora isso ainda não esteja nem perto da temperatura da superfície do Sol, que pode atingir até 5.800 K, é suficiente para chegar bem perto e, assim, desbloquear a capacidade de uma espaçonave de usar uma manobra de Oberth em primeiro lugar.

Imagem da configuração de teste da blindagem térmica.
Imagem da configuração de teste da blindagem térmica.
Crédito – Benkoski et al.
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Amostras do material com essas propriedades térmicas já foram produzidas. No entanto, mais pesquisas são necessárias para entender se eles estão preparados para voos espaciais. E um escudo térmico por si só não é suficiente para realizar a manobra – uma nave espacial também deve ter um sistema de propulsão que possa suportar essas temperaturas.

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Um sistema de propulsão solar térmica poderia potencialmente fazê-lo. Esses sistemas usam a energia do Sol para pressurizar seu próprio propulsor e depois expulsá-lo para ganhar impulso, o que é um componente necessário de uma manobra de Oberth. Existem vários tipos diferentes de combustíveis que poderiam funcionar para tal sistema, e uma grande parte da investigação no projecto da Fase I analisou os diferentes custos/benefícios de cada um.

O hidrogênio é um dos combustíveis mais comuns considerados para um sistema de propulsão solar térmica. Embora seja leve, requer um sistema criogênico volumoso para armazenar o hidrogênio, pois ele é aquecido a ponto de ser usado como impulso. No final, as suas compensações tornaram-no o menos eficaz dos propelentes considerados durante o projeto.

Gráfico representando o caminho de desenvolvimento do sistema de propulsão solar térmica.
Gráfico representando o caminho de desenvolvimento do sistema de propulsão solar térmica.
Crédito – Benkoski et al.
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O hidreto de lítio foi o vencedor surpresa para o combustível que permite a velocidade de escape mais rápida. Os cálculos mostram que isso pode resultar em uma velocidade superior a 12 UA/ano. No entanto, existem restrições quanto ao armazenamento e manuseio do combustível.

Dr. Benkoski optou por um combustível mais mundano como o vencedor geral da modelagem que fez – o metano. Embora geralmente resulte em uma velocidade final mais lenta do que o hidreto de lítio, sua velocidade final ainda é respeitável em mais de 10 UA/ano. Também elimina muitos problemas de armazenamento de outros propelentes, como a criogenia necessária para armazenar hidrogênio.

No entanto, existem algumas desvantagens – a velocidade máxima calculada é apenas cerca de 1,7 vezes mais rápida do que o que já poderia ser feito com a assistência gravitacional de Júpiter, o que não exigiria toda a sofisticada blindagem térmica. Existem outras desvantagens nisso, porém, como a direção que a espaçonave pode viajar, sendo limitada pela localização de Júpiter em relação a outros objetos de interesse. Orbitando o Sol, por outro lado, é possível chegar a praticamente qualquer lugar do sistema solar e além, com a queima controlada correta.

Como observa o Dr. Benkoski no relatório final, ele fez muitas suposições ao fazer seus cálculos de modelagem, incluindo que o sistema só seria capaz de usar tecnologias já desenvolvidas, em vez de tecnologias especulativas que poderiam impactar dramaticamente os resultados. Por enquanto, não parece que a NASA tenha selecionado este projeto para passar para a Fase II, e não está claro que trabalho futuro está planejado para desenvolvimento adicional. No mínimo, é um passo no sentido de compreender o que seria necessário para realmente enviar naves espaciais para além do Sol e para o espaço profundo a uma velocidade muito mais rápida do que qualquer outra coisa já ocorrida antes. Dada a atenção contínua da NASA a este tema, sem dúvida, algum dia, uma das missões conseguirá fazê-lo.

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Saber mais:
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Imagem principal:
Gráfico de um sistema de propulsão solar térmica passando por uma manobra de Oberth ao redor do Sol.
Crédito – Jason Benkoski

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