Enquanto a humanidade continua sua exploração do universo, o ambiente de baixa gravidade do espaço apresenta desafios incomuns para cientistas e engenheiros.
Pesquisadores da FAMU-FSU College of Engineering e do National High Magnetic Field Laboratory, sediada na Florida State University, desenvolveram uma nova ferramenta para ajudar a enfrentar esse desafio – um novo design para um simulador de baixa gravidade que promete abrir novos caminhos para o futuro pesquisa espacial e habitação.
Seu novo design para um simulador de baixa gravidade baseado em levitação magnética pode criar uma área de baixa gravidade com um volume cerca de 1.000 vezes maior do que os simuladores existentes do mesmo tipo. O trabalho foi publicado na revista npj Microgravity.
“A baixa gravidade tem um efeito profundo no comportamento dos sistemas biológicos e também afeta muitos processos físicos, desde a dinâmica e a transferência de calor dos fluidos até o crescimento e auto-organização dos materiais”, disse Wei Guo, professor associado de engenharia mecânica e cientista-chefe no estudo. “No entanto, os experimentos de voos espaciais são frequentemente limitados pelo alto custo e pelo pequeno tamanho e massa da carga útil. Portanto, o desenvolvimento de simuladores de baixa gravidade baseados em solo é importante.”
Simuladores existentes, como torres de queda e aeronaves parabólicas, usam queda livre para gerar gravidade quase zero. Mas essas instalações normalmente têm durações curtas de baixa gravidade, ou seja, vários segundos a alguns minutos, o que as torna inadequadas para experimentos que requerem longos tempos de observação. Por outro lado, os simuladores baseados em levitação magnética (MLS) podem oferecer vantagens exclusivas, incluindo baixo custo, fácil acessibilidade, gravidade ajustável e tempo de operação praticamente ilimitado.
Mas um MLS convencional só pode criar um pequeno volume de baixa gravidade. Quando um simulador típico imita um ambiente que tem cerca de 1 por cento da gravidade da Terra, o volume funcional é de apenas alguns microlitros, pequeno demais para pesquisas e aplicações espaciais práticas.
Para aumentar o volume funcional de um MLS, os pesquisadores precisavam de um ímã que permitisse a geração de uma força de levitação uniforme que equilibrasse a força gravitacional em um grande volume. Eles descobriram que poderiam conseguir isso integrando um ímã supercondutor com uma bobina de Maxwell gradiente – uma configuração de bobina que foi proposta pela primeira vez em 1800 pelo físico James Clark Maxwell.
“Nossa análise mostra que um volume funcional sem precedentes de mais de 4.000 microlitros pode ser alcançado em uma bobina compacta com um diâmetro de apenas oito centímetros”, disse o estudante de doutorado Hamid Sanavandi, co-autor do artigo. “Quando a corrente no MLS é reduzida para emular a gravidade em Marte, o volume funcional pode exceder 20.000 microlitros, ou cerca de 20 centímetros cúbicos.”
Os pesquisadores também mostraram como o MLS pode ser feito usando materiais supercondutores de alta temperatura existentes, o que permite operar com consumo mínimo de energia.
Este trabalho pode ser especialmente útil na preparação para futuras missões espaciais destinadas à habitação de longo prazo da Lua e Marte.
“O fato de que nosso projeto MLS oferece um volume funcional cerca de três ordens de magnitude maior do que os MLSs solenóides convencionais torna-o uma virada de jogo potencial no campo de pesquisa de baixa gravidade”, disse Guo. “Quando este projeto MLS é usado para emular gravidades reduzidas em ambientes extraterrestres, como na lua ou em Marte, o volume funcional resultante é grande o suficiente para acomodar até mesmo plantas pequenas, tornando esta uma ferramenta interessante para pesquisas médicas e de biologia.”
Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation sob o Grant No. CBET-1801780. O trabalho foi conduzido no National High Magnetic Field Laboratory da Florida State University, que é apoiado pelo National Science Foundation Cooperative Agreement nº DMR-1644779 e pelo Estado da Flórida.
Publicado em 06/11/2021 09h02
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