Permanecer em órbita pode ser desafiador, pelo menos para órbitas mais baixas que são mais afetadas pela atmosfera da Terra. Mas essas órbitas também trazem vantagens, como melhores pontos de observação para novas operações comerciais, como observação da Terra e conexões de telecomunicações. Portanto, há um incentivo para quem pode descobrir como manter funcionalmente um satélite em órbita nessas altitudes mais baixas por longos períodos. Um dos melhores caminhos para esse objetivo parece ser um motor de íons que absorve partículas atmosféricas e as usa como impulso. Agora, um artigo lançado recentemente explora possíveis casos de uso para esse mecanismo e sugere um caminho para sua comercialização.
Um dos maiores problemas com a manutenção da órbita terrestre muito baixa (VLEO) é o combustível. Nessas altitudes, geralmente consideradas abaixo de 450 km da superfície ou tão altas quanto a estação espacial, a atmosfera arrasta qualquer coisa em órbita, o que requer um impulso consistente de um motor para neutralizar. Normalmente, grandes satélites têm uma reserva de combustível sobrando especificamente para compensar esse arrasto, enquanto lançamentos adicionais reabastecem constantemente sistemas como a ISS.
Uma morte ardente na atmosfera aguarda aqueles sem o benefício de um suprimento vitalício de combustível ou missões de reabastecimento constantes. Muitos sistemas sofreriam esse destino, pois o custo de simplesmente enviar combustível suficiente para essa órbita supera alguns dos benefícios dos dados que eles retornariam. E se um operador de satélite pudesse manter sua órbita estável sem nenhum combustível adicional?
Entre no sistema de Propulsão Elétrica por Respiração Atmosférica (ABEP). Ele absorve partículas atmosféricas, que ainda são relativamente abundantes mesmo a 450 km de altitude, e as utiliza para abastecer uma unidade elétrica de íons. Sistemas de propulsão semelhantes já foram testados no espaço sem gravidade, mas nenhum até agora funcionou dentro da atmosfera. Isso pode mudar em breve.
Vários grupos nos EUA, UE e Japão estão pesquisando potenciais sistemas ABEP, embora o contingente da ESA pareça o mais avançado. Com financiamento do programa Horizon 2020 da ESA, seu projeto, conhecido como DISCOVERER, e baseado na Universidade de Stuttgart, pesquisou dois componentes principais de qualquer ABEP. No projeto do sistema DISCOVERER, uma entrada atmosférica alimentaria as partículas atmosféricas para um motor de íons, enquanto um impulso de plasma ionizaria essas partículas e as ejetaria para a parte de trás da nave.
Essencialmente, isso permitiria que qualquer satélite equipado com tal sistema tivesse uma fonte ilimitada de combustível e até mesmo pudesse reabastecer outras embarcações na área. Mas a tecnologia está muito longe de oferecer alguns benefícios, então a equipe da ESA lançou uma espécie de plano de ataque para a tecnologia dos sistemas de propulsão ABEP que analisa vários casos de uso em potencial e avalia se a tecnologia atual seria suficiente para atender as necessidades da aplicação.
A primeira dessas aplicações seria manter uma órbita estável ao redor da Terra a uma altura inferior a 450 km. Relativamente simples em conceito, mas ainda desafiador de alcançar na prática. Segundo o jornal, órbitas entre 180 e 250 km são o ponto ideal para o tipo de motores ABEP atualmente em teste. Se fosse mais alto, não haveria partículas atmosféricas suficientes para atuar como combustível. Qualquer coisa mais baixa, e o arrasto atmosférico seria maior do que o propulsor poderia neutralizar.
Extrapolando para outros cenários de uso, os pesquisadores analisaram como seria uma missão de manutenção orbital em torno de Marte. Embora não seja tão viável quanto uma órbita terrestre, dada a atmosfera significativamente menos densa de Marte, uma missão ABEP provavelmente seria capaz de manter uma órbita marciana entre 130-160 km sem a necessidade de combustível externo.
Indo ainda mais longe, os satélites movidos a ABEP poderiam até fornecer combustível adicional para outras naves que fossem lançadas sem seu próprio mecanismo de coleta de atmosfera para usar como combustível. Com os níveis tecnológicos atuais, isso parece menos viável ao redor da Terra, com apenas microssatélites exigindo a quantidade de combustível que uma embarcação de reabastecimento ABEP forneceria.
Em Marte, por outro lado, o menor arrasto atmosférico torna essas missões mais viáveis. No entanto, não há exatamente uma alta demanda para reabastecimento em órbita marciana neste ponto do desenvolvimento da infraestrutura espacial.
Mesmo que houvesse, existem outros perigos potenciais para ABEPs. Na órbita da Terra, os componentes de qualquer nave estariam sujeitos ao oxigênio elementar, que tem um efeito altamente corrosivo nas peças. Tanto que a resistência à oxidação de uma embarcação pode ser o fator que determina quanto tempo ela vai durar. Esse é um desafio de engenharia completamente diferente.
Por enquanto, todos os ABEPs ainda estão em fase de prototipagem, e vai demorar um pouco até que qualquer missão voe. Ainda há muito trabalho de modelagem a ser feito, incluindo a observação de como seria a viabilidade da manutenção orbital ou missões de reabastecimento em outros mundos envoltos em atmosfera, como Titã. Essa solução elegante ainda está no início de seu ciclo de desenvolvimento, mas pode ajudar a resolver um problema muito espinhoso.
Publicado em 29/11/2022 12h31
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