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Como funcionarão os foguetes de ar aspirado


Enquanto a maioria dos projetos da NASA olha para o futuro para buscar inspiração, um dos projetos da agência espacial está focando numa tecnologia de motores mais convencional para tornar a viagem espacial mais barata. Em um esforço para aliviar a carga da nave espacial no lançamento, os engenheiros da NASA estão projetando um novo motor de foguete que elimina a necessidade de um oxigênio embarcado. Em vez disso, esse novo motor de foguete de ar aspirado extrairá oxigênio do ar para queimar combustível enquanto acelera para atingir a órbita.

A idéia de um motor que puxa o ar para fornecer empuxo não é nova. Os motores a jato usam esse processo há décadas. Usar o ar da atmosfera para que os motores supersônicos de jatos alimentem uma nave espacial de pouco peso irá diminuir o custo de colocar a nave espacial em órbita. Atualmente, o custo para colocar um objeto em órbita é de aproximadamente US$ 22.000/kg. A esse valor, enviar uma pessoa de 70 kg para o espaço custaria US$ 1.500.000. O objetivo da NASA é reduzir o custo do lançamento nos próximos 25 anos. Acredita-se que uma forma de fazer isso é descartando mais de um milhão de quilos de oxigênio líquido necessários atualmente para a combustão. “A tecnologia do motor do foguete de ar aspirado tem o potencial de abrir as fronteiras do espaço para pessoas comuns”, disse Uwe Hueter do Centro de Vôos Espaciais Marshall da NASA em Huntsville, Ala. Neste artigo, você descobrirá como poderá voar para o espaço em um desses foguetes de ar aspirado, como funcionam os motores e como os foguetes de ar aspirado serão lançados ao espaço. 


O motor Em um motor de foguete convencional, o oxidante líquido e o combustível são bombeados para uma câmara de combustão em que são queimados para criar um fluxo de gases quentes com alta pressão e alta velocidade. Esses gases passam através de um bico que os acelera ainda mais (velocidades normais finais de 8 mil a 16 mil km/h) para, então, deixarem o motor. Este processo fornece empuxo à nave espacial.

Se você leu o artigo Como funcionam os motores de foguetes, então já sabe que o ônibus espacial precisa de 540 mil litros de oxigênio líquido, o que o faz pesar cerca de 616 toneladas. Vazio, o ônibus espacial sozinho pesa 75 t, o tanque externo pesa 35,5 t e as duas cargas auxiliares do foguete pesam 84 t cada uma. Isso dá o valor total de 278 toneladas. Quando você adiciona combustível e oxigênio, o peso total do veículo pula para 2 mil toneladas.

A NASA determinou que poderia diminuir o peso de um veículo no lançamento se fosse retirado o oxigênio líquido, o que diminuiria muito seu peso para cerca de 1.400 toneladas. Ainda seria um veículo pesado, mas significaria uma enorme redução no custo para se colocar um veículo em órbita.

Então, se você remover o oxigênio líquido, o combustível seria capaz de queimar e fornecer empuxo? Você tem que pensar como se estivesse fora do funcionamento normal de um motor de foguete convencional. Em vez de usar oxigênio líquido, o foguete de ar aspirado, como o próprio nome indica, pegará o ar da atmosfera. Ele, então, será combinado com o combustível para criar a combustão e fornecer empuxo. 


Foto cedida pela NASA
Teste de disparo de um motor de foguete de ar aspirado, em 1998

O motor de foguete de ar aspirado, também chamado de foguetes baseados em motor de ciclo combinado, é bastante similar a um motor a jato. Em um motor a jato, o ar é sugado pelo compressor. O motor comprime o ar, faz a combinação deste com o combustível e queima o produto, que expande e fornece o empuxo. O motor a jato somente pode ser usado até 3 ou 4 Mach antes que suas peças comecem a superaquecer. No ramjet de combustão supersônica, ou no scramjet, a alimentação é feita com ar. Este é desacelerado e comprimido à medida que o veículo ganha velocidade através da atmosfera. O combustível é adicionado ao fluxo de ar supersônico, onde os dois se misturam e queimam. Os combustíveis que poderão ser usados com os foguetes de ar aspirado incluem hidrogênio líquido ou hidrocarbono.

Decolagem Por mais eficientes que os foguetes de ar aspirado sejam, eles não conseguem fornecer o empuxo necessário para a decolagem. Por esse motivo, há duas opções a serem consideradas. A NASA pode usar turbojatos ou foguetes de ar expandido para tirar o veículo do chão. O foguete de ar expandido é como um motor normal de foguete, exceto que quando chega a uma velocidade suficientemente alta, talvez 2 ou 3 Mach, ele aumentará a oxidação do combustível com o ar da atmosfera e talvez chegue aos 10 Mach, voltando depois à função normal do foguete. Esses foguetes de ar expandido são colocados em um duto que captura o ar e podem incrementar o desempenho em 15% sobre os foguetes convencionais.


Foto cedida pela NASA
Pistas de levitação magnética poderão, um dia, ser usadas para lançar veículos ao espaço

Além disso, a NASA está desenvolvendo um plano para lançar o veículo com foguete de ar aspirado, usando pistas de levitação magnética (maglev). Usando as pistas maglev, o veículo irá acelerar a velocidades de até 966 km/h antes de decolar.

Logo após a decolagem, e depois que o veículo atingir duas vezes a velocidade do som, os foguetes de ar expandido serão desligados. A propulsão será então fornecida pelo veículo com foguete de ar aspirado, que vai aspirar oxigênio por, aproximadamente, metade do vôo para queimar combustível. A vantagem disso é que não será mais necessário armazenar tanto oxigênio a bordo da nave espacial como acontecia com as naves do passado, reduzindo assim os custos de lançamento. Quando o veículo atingir 10 vezes a velocidade do som, ele voltará ao sistema movido a foguete convencional para uma arrancada final até a órbita.

Como o peso do oxigênio será cortado, o veículo será mais fácil de manobrar do que as naves espaciais atuais. Isso significa que viajar em um veículo movido a foguete de ar aspirado será mais seguro. Finalmente, as pessoas poderão viajar nesses veículos rumo ao espaço como turistas espaciais.

O Centro Marshall e o Centro de Pesquisas Glenn da NASA, em Cleveland, estão planejando projetar um motor de foguete de ar aspirado a ser usado em vôo interno para uma demonstração de vôo em poucos anos. Esse projeto determinará se os motores de foguetes de ar aspirado poderão ser fabricados com leveza o suficiente para um veículo de lançamento. 

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fonte: howstufworks

Agência Lelo - Laboratório Criativo
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