Um novo tipo de propulsor de foguete que poderia levar a humanidade a Marte e além foi proposto por uma física do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE).
O dispositivo aplicaria campos magnéticos para fazer com que partículas de plasma, um gás eletricamente carregado também conhecido como o quarto estado da matéria, disparassem para fora de um foguete e, por causa da conservação do momento, impulsionassem a nave para frente. Os atuais propulsores de plasma comprovados no espaço usam campos elétricos para impulsionar as partículas.
O novo conceito aceleraria as partículas usando a reconexão magnética, um processo encontrado em todo o universo, incluindo a superfície do sol, em que as linhas do campo magnético convergem, separam-se repentinamente e depois se unem novamente, produzindo muita energia. A reconexão também ocorre dentro de dispositivos de fusão em forma de rosca, conhecidos como tokamaks.
“Venho desenvolvendo esse conceito há um tempo”, disse Fatima Ebrahimi, pesquisadora principal do PPPL, inventora do conceito e autora de um artigo que detalha a ideia no Journal of Plasma Physics. “Tive a ideia em 2017 enquanto estava sentado em um deck e pensando sobre as semelhanças entre o escapamento de um carro e as partículas de escapamento de alta velocidade criadas pelo National Spherical Torus Experiment (NSTX) da PPPL”, o precursor da principal instalação de fusão do laboratório. “Durante sua operação, este tokamak produz bolhas magnéticas chamadas plasmóides que se movem a cerca de 20 quilômetros por segundo, o que me pareceu muito com um impulso.”
A fusão, o poder que move o sol e as estrelas, combina elementos leves na forma de plasma – o estado quente e carregado da matéria composto de elétrons livres e núcleos atômicos que representa 99% do universo visível – para gerar grandes quantidades de energia. Os cientistas estão tentando replicar a fusão na Terra para um fornecimento virtualmente inesgotável de energia para gerar eletricidade.
Os atuais propulsores de plasma que usam campos elétricos para impulsionar as partículas podem produzir apenas um baixo impulso específico ou velocidade. Mas simulações de computador realizadas em computadores PPPL e no National Energy Research Scientific Computing Center, um DOE Office of Science User Facility no Lawrence Berkeley National Laboratory em Berkeley, Califórnia, mostraram que o novo conceito de propulsor de plasma pode gerar gases de escape com velocidades de centenas de quilômetros por segundo, 10 vezes mais rápido que os de outros propulsores.
Essa velocidade mais rápida no início da jornada de uma espaçonave pode trazer os planetas exteriores ao alcance dos astronautas, disse Ebrahimi. “As viagens de longa distância levam meses ou anos porque o impulso específico dos motores de foguetes químicos é muito baixo, então a nave demora um pouco para ganhar velocidade”, disse ela. “Mas se fizermos propulsores baseados na reconexão magnética, poderemos concluir missões de longa distância em um período de tempo mais curto.”
Existem três diferenças principais entre o conceito de propulsor de Ebrahimi e outros dispositivos. A primeira é que mudar a força dos campos magnéticos pode aumentar ou diminuir a quantidade de empuxo. “Usando mais eletroímãs e mais campos magnéticos, você pode girar um botão para ajustar a velocidade”, disse Ebrahimi.
Em segundo lugar, o novo propulsor produz movimento ejetando partículas de plasma e bolhas magnéticas conhecidas como plasmóides. Os plasmóides adicionam potência à propulsão e nenhum outro conceito de propulsor os incorpora.
Terceiro, ao contrário dos conceitos atuais de propulsor que dependem de campos elétricos, os campos magnéticos no conceito de Ebrahimi permitem que o plasma dentro do propulsor consista em átomos pesados ou leves. Essa flexibilidade permite que os cientistas ajustem a quantidade de impulso para uma missão específica. “Enquanto outros propulsores requerem gás pesado, feito de átomos como o xenônio, neste conceito você pode usar qualquer tipo de gás que quiser”, disse Ebrahimi. Os cientistas podem preferir gás leve em alguns casos porque os átomos menores podem se mover mais rapidamente.
Este conceito amplia o portfólio de pesquisas de propulsão espacial do PPPL. Outros projetos incluem o Hall Thruster Experiment, que foi iniciado em 1999 pelos físicos do PPPL Yevgeny Raitses e Nathaniel Fisch para investigar o uso de partículas de plasma para mover espaçonaves. Raitses e alunos também estão investigando o uso de pequenos propulsores Hall para dar a pequenos satélites chamados CubeSats maior capacidade de manobra enquanto orbitam a Terra.
Ebrahimi enfatizou que seu conceito de propulsor deriva diretamente de sua pesquisa em energia de fusão. “Este trabalho foi inspirado em trabalhos anteriores de fusão e esta é a primeira vez que plasmóides e reconexão foram propostas para propulsão espacial”, disse Ebrahimi. “O próximo passo é construir um protótipo!”
Publicado em 02/02/2021 10h42
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