O futuro da exploração espacial inclui alguns planos bastante ambiciosos para enviar missões mais longe da Terra do que nunca. Além das propostas actuais para a construção de infra-estruturas no espaço cis-lunar e o envio de missões regulares tripuladas à Lua e a Marte, há também planos para enviar missões robóticas para o Sistema Solar exterior, para a distância focal das lentes gravitacionais do nosso Sol, e até mesmo para as estrelas mais próximas para explorar exoplanetas. Alcançar esses objetivos requer propulsão de última geração que possa permitir alto empuxo e aceleração consistente.
Matrizes focadas de lasers – ou energia dirigida (DE) – e velas leves são meios que estão sendo investigados extensivamente – como Tiro estelar inovador e enxameação de Proxima Centauri. Além destas propostas, uma equipa da Universidade McGill em Montreal propôs um novo tipo de sistema de propulsão de energia dirigida para explorar o Sistema Solar. Em um artigo recentea equipe compartilhou os primeiros resultados de seu Propulsão Térmica a Laser (LTP), o que sugere que a tecnologia tem o potencial de fornecer alto empuxo e impulso específico para missões interestelares.
A equipe de pesquisa foi liderada por Gabriel R. DubeEstagiário de Graduação em Pesquisa na Grupo de Pesquisa Experimental de Voo Interestelar McGill (IFERG) e Professor Associado André Higgins, o Investigador Principal do IFERG. Eles foram acompanhados por Emmanuel Duplaypesquisador graduado da Universidade de Tecnologia de Delft (Tu Delft); Serra Riel, Assistente de Pesquisa de Verão do IFERG; e Jason Loiseau, professor associado do Royal Military College Of Canada. A equipe apresentou seus resultados no Fórum e Exposição de Ciência e Tecnologia da AIAA de 2024 e em um artigo publicado na revista AIAA Central de Pesquisa Aeroespacial (ARCO).
Higgins e seus colegas propuseram originalmente este conceito em um artigo de 2022 que apareceu em Acta Astronáutica – intitulado “Projeto de uma missão de trânsito rápido para Marte usando propulsão térmica a laser.” Como a Universe Today relatou na época, o LTP foi inspirado em conceitos interestelares como Tiro Estelar e Projeto Libélula. No entanto, Higgins e os seus associados da McGill estavam interessados em saber como a mesma tecnologia poderia permitir missões de trânsito rápido para Marte em apenas 45 dias e em todo o Sistema Solar. Este método, argumentaram, também poderia validar as tecnologias envolvidas e funcionar como um trampolim para missões interestelares.
Como Higgins disse ao Universe Today por e-mail, o conceito surgiu durante a pandemia, quando não conseguiram entrar no laboratório:
“[M]Meus alunos fizeram um estudo conceitual detalhado de como poderíamos usar o tipo de grandes conjuntos de laser previstos para o Breakthrough Starshot para uma missão de curto prazo no Sistema Solar. Em vez do laser de 10 km de diâmetro e 100 GW previsto para o Breakthrough Starshot, nos limitamos a um laser de 10 m de diâmetro e 100 MW e mostramos que ele seria capaz de fornecer energia a uma espaçonave a uma distância próxima. da Lua. Ao aquecer o propelente de hidrogênio a 10.000s de K, o laser permite o “Santo Graal” de alto empuxo e alto impulso específico.
O conceito é semelhante ao propulsão nuclear-térmica (NTP), que a NASA e a DARPA estão atualmente desenvolvendo para missões de trânsito rápido para Marte. Em um sistema NTP, um reator nuclear gera calor que faz com que o propulsor de hidrogênio ou deutério se expanda, que é então concentrado através de bicos para gerar empuxo. Neste caso, os lasers phased array são focados em uma câmara de aquecimento de hidrogênio, que é então exaurido através de um bocal para realizar impulsos específicos de 3.000 segundos. Desde que Higgins e seus alunos retornaram ao laboratório, disse ele, eles têm tentado verificar experimentalmente sua ideia:
“Obviamente, não temos um laser de 100 MW na McGill, mas agora temos um laser de 3 quilowatts configurado no laboratório (o que é bastante assustador) e estamos estudando como o laser acoplaria sua energia a um propelente ( eventualmente hidrogênio, mas por enquanto argônio apenas porque é mais fácil de ionizar). O artigo da AIAA relata o projeto, a construção e a ‘remodelação’ de nossa instalação de laser de 3 kW.”
Higgins e sua equipe construíram um aparelho contendo de 5 a 20 barras de gás argônio estático a partir de seus testes. Embora o conceito final utilize gás hidrogênio como propelente, eles usaram gás argônio para o teste porque é mais fácil de ionizar. Eles então dispararam o laser de 3 kW em pulsos a uma frequência de 1.070 nanômetros (correspondendo ao comprimento de onda do infravermelho próximo) para determinar a potência limite necessária para o plasma sustentado por laser (LSP). Seus resultados indicaram que cerca de 80% da energia do laser foi depositada no plasma, o que é consistente com estudos anteriores.
A pressão e os dados espectrais adquiridos também revelaram o pico de temperatura do LSP com o gás de trabalho, embora enfatizem que são necessárias mais pesquisas para resultados conclusivos. Eles também enfatizaram que é necessário um aparelho dedicado para realizar testes de fluxo forçado e outros testes de LSP. Por último, a equipe planeja realizar medições de empuxo ainda este ano para avaliar quanta aceleração (delta-v) e impulso específico (EUsp) um sistema de propulsão térmica a laser pode fornecer futuras missões a Marte e outros planetas do Sistema Solar.
Se a tecnologia estiver à altura da tarefa, poderemos estar a olhar para um sistema capaz de levar astronautas a Marte em semanas, em vez de meses! Outros conceitos selecionados para o NIAC deste ano incluem testes para avaliar sistemas de hibernação para missões de longa duração em microgravidade. Sozinhas ou em combinação, estas tecnologias poderiam permitir missões de trânsito rápido que requerem menos carga e suprimentos e minimizar a exposição dos astronautas à microgravidade e à radiação.
Leitura adicional: AIAA, Acta Astronáutica
Fonte: InfoMoney
