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Nova Forma de Propulsão Proposta para Nave Espacial que Fará Missão a Urano

Uma nova forma exótica de propulsão poderia enviar uma nave espacial para Urano no mesmo tempo que levou Galileo para chegar a Júpiter, a menos da metade do caminho, dizem cientistas de foguetes.

The Physics arXiv Blog 09/01/2014

A humanidade só enviou algumas naves espaciais ao Sistema Solar distante além do cinturão de asteroides. Houveram os Pioneiros e Voyagers, que deixaram a Terra em 1970. A missão Galileo destinada a Júpiter em 1989 e Cassini- Huygens para Saturno em 1997. Finalmente, a missão New Horizons deixou a Terra em 2006 e atualmente está a caminho de Plutão e do Cinturão de Kuiper.

Um dos problemas destas missões é o longo tempo e os custos envolvidos. Galileo demorou 6 anos para chegar a Júpiter e custou USD$ 1,6 bilhões, enquanto o Cassini- Huygens levou 7 anos para chegar a Saturno e custou quase o mesmo tanto.

Agora, uma equipe liderada por finlandeses está propondo uma missão para Urano usando uma nova forma exótica de propulsão que atualmente está sendo testada na órbita da Terra. Esta propulsão é alimentada por energia solar e assim não requer combustível a bordo. E ele pode enviar uma sonda a Urano em aproximadamente o mesmo tempo que Galileu demorou para chegar a Júpiter, que é menos da metade da distância. Mas os custos de tal missão ainda não estão claros.

Um problema para as sondas que visitam a porção distante do Sistema Solar é gerar a velocidade necessária para chegar lá, contra a força da gravidade do Sol. O plano original da missão Galileo, por exemplo, era usar o ônibus espacial para colocar a sonda e seu foguete para orbitar a Terra. O reforço foi projetado para enviar a sonda diretamente a Júpiter em menos de dois anos.

Mas, no rescaldo do desastre do Challenger, a NASA decidiu que não seria sensato colocar um foguete desligado no compartimento de carga de um ônibus espacial. E já que nenhum outro foguete conseguiria carregar o Galileo e seu reforço, a NASA teve que encontrar outra maneira de chegar lá. Por isso, a abordagem de estilingue.

A missão Urano proposta tem uma abordagem totalmente diferente, baseada no conceito de uma vela elétrica ou E- vela, que foi proposta pelo engenheiro finlandês Pekka Janhunen em 2006 (que também é o líder da nova proposta de missão para Urano). A e-vela é significativamente diferente de uma vela solar convencional, que gera impulso a partir da pressão dos fótons que a atingem.

Por outro lado, a E- vela depende da presença de partículas carregadas, como prótons e partículas alfa, no vento solar. A ideia é gerar um campo elétrico em torno da nave espacial que desvia essas partículas ionizadas e gera uma força que acelera a nave ao longo de sua jornada.

A vela é constituída por um conjunto de fios condutores que se estendem radialmente a partir da nave como os raios de uma roda. O campo elétrico é gerado usando a energia solar. E com 540 Watts a vela deve gerar cerca de 0,5 Newtons acelerando a nave a cerca de 1 mm/s2.

Isso deve gerar uma velocidade de cerca de 20 km/s no momento da chegada em Urano resultando em um tempo de viagem de cerca de 6 anos.

A nave em si é projetada em três partes. A primeira é o módulo da E-vela com painéis solares e bobinas para esticar os fios. O segundo é o corpo principal da nave com propulsores químicos para ajustar a trajetória no caminho e quanto se aproximando de Urano, bem como equipamentos de comunicação para o contato com a Terra.

A parte final é um módulo de entrada que é liberado na atmosfera de Urano, que deve fazer várias medições científicas para enviar de volta para a Terra via a nave principal que atua como um retransmissor.

Janhunen e col. Dizem que este projeto também seria adequado para viagens a outros gigantes gasosos com pequenas modificações.

Essa é uma ideia ambiciosa, até porque a ideia da E-vela nunca foi tentada em uma escala assim. Um pequeno satélite chamado ESTCube -1 está atualmente testando a ideia e a União Europeia tem um projeto de pesquisa em andamento para testá-la ainda mais. Outro satélite finlandês vai testar o princípio mais a fundo este ano, mas muito trabalho certamente será necessário para uma missão deste tipo.

No entanto, as vantagens das e-velas sobre os estilingues gravitacionais são claras. Além de ser mais rápida, elas também podem ser lançadas a quase qualquer momento com apenas pequenas variações no tempo de viagem. Por outro lado, estilingues só podem ser lançados quando os deuses gravitacionais estão em alinhamento.

O que Janhunen e col. não discutem é o custo desse tipo de missão, que para ser justo, é difícil de determinar nesta fase de um projeto. A vantagem de uma missão do tipo Cassini ou Galileo é que estas naves orbitam o planeta alvo por muitos anos enviando de volta grandes coleções de dados embora a um custo enorme. A desvantagem é que tudo se perde se, de alguma forma, a sonda for perdida.

Em contraste, a missão com a E-vela envia de volta apenas alguns minutos de dados durante sua entrada ardente na atmosfera. Certamente seriam dados muito valiosos, mas o custo teria de ser muito menor para se justificar.

Assim, uma boa compreensão dos custos relativos desses tipos de missão será crucial para determinar se as E-velas têm futuro na exploração das partes mais distantes do Sistema Solar.

Ref: arxiv.org/abs/1312.6554 : Fast E-Sail Uranus Entry Probe Mission

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