Se você gosta de ficção científica, deve saber que a idéia de colonizar a Lua remete a algumas histórias incrivelmetne imaginativas. Porém, há uma boa possibilidade de que as cidades lunares irão se tornar uma realidade nos próximos séculos! A colonização de Marte é também outra opção. Neste momento, um dos maiores problemas para a colonização lunar é a questão dos materiais de construção. Não há nenhuma loja de materiais de construção na Lua, de modo que eles têm que vir de algum lugar. O único lugar para o fornecimento de materiais nesse momento é a Terra, com o ônibus espacial atuando como um caminhão. Só que a utilização do ônibus espacial desse modo é algo como usar o Sedex para adquirir todos os materiais para construir uma casa - é inacreditavelmente caro e pouco eficiente!
Os asteróides podem ser um lugar muito melhor para a aquisição dos materiais. Evidências preliminares sugerem que existem trilhões de reais em minerais e metais enterrados em asteróides próximos da Terra. Os asteróides estão tão perto que muitos cientistas pensam que uma missão de exploração de asteróide seja facilmente realizável. Várias organizações internacionais estão desenvolvendo planos de subida para obterem esses recursos naturais no espaço.
Equipamentos de mineração na superfície, extrai ferro e outras matérias-primas de um asteróide. No primeiro plano, um vagonete de mina transporta os materiais a uma fábrica de processamento.
Nesta edição, nós examinaremos o que os mineiros de recursos valiosos poderiam encontrar em asteróides e discutir como uma operação de mineração espacial poderia adquirir esses recursos fora!
Recursos valiosos de asteróides
O cinturão de asteróides Ida é um metal rico tipo S que poderia ser explorado para abastecimento de colônias espaciais
Os especialistas pensam que os asteróides são sobras de material da antiga formação do sistema solar ou escombros da destruição de um planeta. Existem milhares de asteróides circundando o Sol. A maioria está agrupada dentro do cinturão de asteróides, entre as órbitas de Marte e Júpiter. Alguns asteróides que vagueiam nesta órbita, não obstante, voam ocasionalmente perto da Terra - você provavelmente ouviu falar da possibilidade destes asteróides chocarem-se contra a Terra no futuro, como no filme "Armageddon". A maioria dos asteróides se encaixam em três categorias básicas:
tipo C - mais de 75% dos asteróides conhecidos se encaixam nessa categoria. A composição dos asteróides tipo C é similar ao do Sol sem o hidrogênio, hélio e outros voláteis;
tipo S - aproximadamente 17% dos asteróides são desse tipo. Estes contêm depósitos de níquel, ferro e magnésio;
tipo M - um pequeno número de asteróides é deste tipo, contendo níquel e ferro.
Mesmo sem uma missão tripulada para fazer um estudo em larga escala de um asteróide, os cientistas sabem muito sobre seu conteúdo. Os astrônomos utilizam o telescópio espectroscópico, que analisa a luz refletida da superfície do asteróide, para descobrir o que pode haver nele. Além do ferro, níquel e do magnésio, os cientistas pensam que a água, oxigênio, ouro e platina também existam em alguns asteróides. A água interessa à maioria dos exploradores espaciais porque ela poderia manter uma colônia espacial viva. Sem água, não há realmente meio de avançar com a exploração espacial humana. A água poderia também ser "quebrada" em hidrogênio e oxigênio para formar motor de foguete propulsor. O minério de metal nos asteróides poderia ser explorado e ser usado para construir astronaves e outras estruturas para uma colônia espacial.
As corporações que não teriam interesse na exploração do espaço para aventura e ciência poderiam se interessar nos tesouros resultantes da operação de mineração no espaço, podendo ser enviados de volta à Terra. Uma reportagem da NASA (em inglês) estima que as riquezas minerais no cinturão de asteróides podem exceder R$ 230 bilhões para cada uma das 6 bilhões de pessoas na Terra. John S. Lewis, autor do livro de mineração do espaço Explorando o Céu, disse que um asteróide com o diâmetro de um quilômetro deveria ter massa aproximada de 2 bilhões de toneladas. Existe possivelmente um milhão de asteróides deste tamanho no sistema solar. Um destes asteróides, de acordo com Lewis, conteria 30 milhões de toneladas de níquel, 1,5 milhões de toneladas de cobalto e 7.500 toneladas de platina. Somente a platina valeria mais de R$ 315 bilhões!
Os asteróides têm um potencial fantástico para a indústria. Mas o que irá pousar em um asteróide, achar estes valiosos materiais, extrair e processá-los? Na próxima seção, você descobrirá como as operações de mineração em asteróides podem suprir a Terra e as colônias em outros planetas com a plenitude de materiais.
Extração e processamento
A iniciativa para montar uma operação de mineração em um asteróide é um problema de economia simples. Se a construção de uma mina em asteróide irá custar bilhões de reais, ela ainda será muito mais barata que o transporte de materiais da Terra para a Lua ou Marte. Espaçonaves teriam que levar comida e materiais para a tripulação mineira e o equipamento para a mina. Espaçonaves recentemente desenvolvidas devem tornar possível a aterrissagem em um asteróide. Afinal de contas, nós já pousamos na Lua e alguns asteróides passam mais perto do que ela. A ida de uma espaçonave a um asteróide necessitaria de menos foguetes, força e combustível que uma viagem até a Lua.
Um dos problemas seria como impedir o asteróide de girar enquanto estiver sendo explorado. Alguns peritos sugerem que prender foguetes ao asteróide tiraria seu giro. Mas uma vez que os mineiros pousem no asteróide, como exatamente eles planejam cavar, processar os materiais extraídos e transportá-los de uma colônia espacial para a Terra?
Ninguém sabe com segurança como a primeira mina em asteróide se parecerá, mas eis algumas hipóteses:
a maquinaria seria provavelmente alimentada pela energia solar, para reduzir a necessidade de combustível que teria de ser transportado ao asteróide pela espaçonave;
o equipamento também teria que ser de peso leve para transportar o combustível ao asteróide;
alguns peritos, incluindo Lewis, têm encarado com bons olhos o uso de equipamento robotizado limitando o pessoal necessário para levar a cabo o projeto de mineração. Isto reduziria a quantidade de materiais, como comida, exigida para uma missão tripulada;
os mineiros em asteróides utilizariam técnicas similares àquelas usadas na Terra. O método provável seria escavar o material desejado para fora do asteróide, e construir um túnel em veias para substâncias específicas. A escavação, ou a mineração em superfície, irá arrancar o valioso minério que flutuaria fora do asteróide;
dado que muito material sairia voando, um pálio grande poderia ser usado para coletá-lo;
os asteróides não têm quase nenhuma gravidade, assim o equipamento mineiro e os astronauta-mineiros que operam, teria que usar agarras para ancorá-los ao chão. Porém, a falta de gravidade é uma vantagem para se mover o material extraído ao redor sem ter que usar muita força;
uma vez que o material carregado estiver pronto para ser enviado à Terra ou uma colônia espacial, um combustível de foguete para uma espaçonave de carga poderia ser produzido, transformando a água do asteróide em hidrogênio e oxigênio;
após a extinção dos minerais e recursos do asteróide pelo projeto de mineração, o equipamento poderia ser transportado para o próximo asteróide.
Por causa da falta de gravidade e atmosfera, o transporte em balsa dos materiais recentemente extraídos à Lua seria fácil. Uma vez lá, eles podem ser refinados e configurados em estruturas!
Introdução
Já faz quase 40 anos que estamos indo ao espaço, mas todas as viagens não passaram de estadias temporárias em órbita. No entanto, três astronautas ficaram quatro meses morando na Estação Espacial Internacional (ISS), no ano 2000, marcando o início de uma década e meia de presença humana permanente no espaço. A chegada destes três astronautas à ISS levou um representante da NASA a dizer: "Estamos entrando no espaço de uma vez por todas com as pessoas girando ao redor do nosso mundo e, mais adiante, vamos a Marte..."
Desenho artístico de como pode ser uma colônia em Marte após a terraformação
Mas por que iríamos querer ir a Marte? As fotos tiradas das sondas que enviamos para lá, desde 1964, mostraram que Marte é um planeta desolado e sem vida com, aparentemente, muito pouco a nos oferecer. Além disso, sua atmosfera é muito fina e não há sinais da existência de vida. No entanto, Marte pode ser importante para a continuação da raça humana. Há mais de seis bilhões de pessoas na Terra e esse número continua a crescer sem parar. E é essa superlotação, ou a possibilidade de um desastre planetário, que irá nos forçar a eventualmente refletir sobre novas moradas no sistema solar e Marte pode ter mais a nos oferecer do que as fotos de sua paisagem árida nos mostram.
Recentemente, sondas da NASA descobriram vestígios de um passado mais quente em Marte. Um passado em que a água pode ter corrido pelo solo e vida pode ter existido. E com as evidências fluviais indicando que ainda possa existir água congelada em Marte, há muitos que sugerem que a raça humana poderia fazer de Marte seu segundo lar. Tal esforço para colonizar Marte teria início com a alteração do clima e atmosfera atuais para algo mais parecido com os da Terra. E é justamente este processo de transformar a atmosfera marciana com o intuito de criar um ambiente de vida mais habitável que é chamado de terraformação. Nesta artigo, você vai descobrir o motivo pelo qual Marte é o candidato ideal para colonização e como planejamos adaptar o planeta vermelho para que o habitemos.
Por que Marte?
Marte tem todos os elementos necessários para sustentar a vida.
Marte fascina os homens já há algum tempo, fato evidente nos montes de livros e filmes produzidos sobre o planeta só no último século. Cada história cria sua própria imagem do que poderia existir no planeta vermelho. Mas o que é que Marte tem que fascina tanto? Embora Vênus normalmente seja chamado de planeta irmão da Terra, as condições nesse planeta de chamas são inabitáveis. Mas Marte, por outro lado, é o planeta mais próximo a nós, embora seja frio e seco atualmente, tem todos os elementos necessários para que a vida exista, incluindo:
água, que pode estar congelada nas calotas polares
carbono e oxigênio na forma de dióxido de carbono (CO2)
nitrogênio
Há semelhanças incríveis entre a atmosfera marciana existente atualmente e a atmosfera que existia na Terra há bilhões de anos. Logo que a Terra se formou, não havia oxigênio em nosso planeta e ele, assim como Marte, parecia um planeta desolado e inabitável. A atmosfera era totalmente feita de dióxido de carbono e nitrogênio. Demorou muito até que as bactérias capazes de realizar a fotossíntese se desenvolvessem para que oxigênio o bastante fosse produzido permitindo também o desenvolvimento de animais. De maneira semelhante, a fina atmosfera de Marte, atualmente, é toda composta por dióxido de carbono. Veja a composição da atmosfera de Marte:
95,3% de dióxido de carbono
2,7% de nitrogênio
1,6% de argônio
0,2% de oxigênio
A atmosfera da Terra, por outro lado, consiste em 78,1% de nitrogênio, 20,9% de oxigênio, 0,9% de argônio e 0,1% de dióxido de carbono e outros gases. Como você pode ver, teríamos de levar quantidades enormes de oxigênio e nitrogênio se quiséssemos sobreviver em Marte atualmente. Porém, a semelhança entre as atmosferas da Terra nos primórdios e de Marte atualmente levaram alguns cientistas a especular que o mesmo processo que fez uma atmosfera de dióxido de carbono transformar-se em ar respirável aqui, poderia ser reproduzido em Marte. O que também aumentaria a espessura da atmosfera e criaria um efeito estufa para aquecer o planeta e fornecer um ambiente apropriado para a existência de plantas e animais. A temperatura média da superfície de Marte é de meros -62,77º C, com extremos variando de 23,88º C até menos de -73,33º C. Para se ter uma comparação, a temperatura média da superfície da Terra é de cerca de 14,4º C. Mas há outras características de Marte que são bastante parecidas com as da Terra e nos deixam imaginar que seria possível habitá-lo:
uma taxa de rotação de 24 horas e 37 minutos (Terra: 23 horas e 56 minutos)
inclinação do eixo em 24º (Terra: 23,5º)
um terço da força gravitacional da Terra
está perto o bastante do Sol para ter estações - Marte está cerca de 50% mais longe do Sol do que a Terra
Outros planetas também já foram considerados como possíveis candidatos à terraformação, incluindo Vênus, Europa (uma Lua de Júpiter) e Titã (uma Lua de Saturno). No entanto, Europa e Titã estão muito distantes do Sol, e Vênus está próxima demais (a temperatura média de Vênus é de cerca de 482º C). Marte é o único planeta do sistema solar, sem contar a Terra, que pode ter condições de abrigar vida. Na próxima seção, veja como cientistas planejam transformar o cenário seco e frio de Marte em um habitat quente e capaz de abrigar vida.Criando uma estufa marciana
Marte antes e após a terraformação
A terraformação de Marte será um empreendimento enorme se realmente o fizermos um dia. Os estágios iniciais da terraformação poderiam levar várias décadas ou séculos. Realizar o processo no planeta inteiro levaria vários milênios, com alguns até sugerindo que um projeto assim levaria milhares de milênios. Mas, de qualquer maneira, como é que vamos transformar uma terra seca e deserta em um ambiente exuberante, onde pessoas, plantas e outros animais possam sobreviver. Aqui estão três métodos de terraformação já propostos:
grandes espelhos orbitais irão refletir a luz do Sol e aquecer a superfície do planeta
fábricas produtoras de gases do efeito estufa aprisionarão a radiação solar
asteróides ricos em amônia colidirão com o planeta e elevarão o nível de gases do efeito estufa
A NASA está trabalhando em um sistema de propulsão à vela solar que usará grandes espelhos refletores para colher a radiação do Sol e impulsionar uma espaçonave pelo espaço. Outro uso para estes grandes espelhos seria colocá-los a algumas centenas de milhares de quilômetros de Marte e usá-los para refletir a radiação solar e aquecer a superfície de Marte. Os cientistas propuseram construir espelhos de mylar (uma espécie de filme de poliéster) que teriam diâmetro de 250 km e cobririam uma área maior do que o lago Michigan. Esses espelhos gigantes pesariam cerca de 200 mil toneladas, o que significa que seriam grandes demais para serem lançados da Terra. Contudo, há a possibilidade de que os espelhos pudessem ser construídos com material encontrado no espaço. Se um espelho desse tamanho fosse direcionado para Marte, ele elevaria a temperatura da superfície de uma pequena área em alguns graus. A idéia seria concentrar os espelhos nas calotas polares para derreter o gelo e liberar o dióxido de carbono que acredita-se estar preso dentro dele. Durante um período de muitos anos, a elevação na temperatura iria liberar os gases do efeito estufa, como os clorofluorcarbonetos (CFCs), que você pode encontrar no seu aparelho de ar condicionado ou na sua geladeira.
Outra opção para aumentar a espessura da atmosfera de Marte e, por sua vez, elevar a temperatura do planeta seria construir fábricas produtoras de gases do efeito estufa movidas à energia solar. Nós ganhamos muita experiência nessa área no último século, já que inadvertidamente liberamos toneladas de gases causadores do efeito estufa em nossa atmosfera, e que estão elevando a temperatura da Terra. O mesmo efeito de aquecimento poderia ser reproduzido em Marte ao construir centenas dessas fábricas, cujo único propósito seria liberar CFCs, metano, dióxido de carbono e outros gases causadores do efeito estufa na atmosfera.
Essas fábricas de gás teriam que ser transportadas para Marte ou feitas com os materiais já existentes lá, algo que levaria anos para ser processado. E para transportar essas máquinas para Marte, elas teriam que ser leves e eficientes. Essas máquinas iriam imitar o processo natural de fotossíntese realizado pelas plantas: inalar dióxido de carbono e emitir oxigênio. Novamente, levaria muitos anos, mas a atmosfera de Marte seria oxigenada lentamente, chegando ao ponto em que os colonizadores de Marte precisariam apenas de equipamento de auxílio respiratório, em vez da roupa de pressão usada por astronautas. Além disso, também seria possível usar bactérias realizadoras da fotossíntese como substitutas ou auxiliares das fábricas.
O cientista espacial Christopher McKay e Robert Zubrin, autor de The Case of Mars, também propôs um método mais radical para transformar Marte em uma estufa. Ele acredita que lançar em Marte asteróides grandes e gelados contendo amônia produziria toneladas de gases causadores do efeito estufa e água. Para que isso fosse feito, motores de foguetes térmicos nucleares teriam que ser, de alguma forma, presos a asteróides da região periférica do sistema solar. Os foguetes levariam os asteróides a cerca de 4 km/s, por um período de cerca de 10 anos, até que eles se desligariam e deixariam que os asteróides de 10 bilhões de toneladas planassem sem propulsão externa até Marte. A energia liberada com o impacto teria cerca de 130 milhões de megawatts de potência, quantidade suficiente para as necessidades de uma década inteira do nosso planeta.
Se for possível fazer com que um asteróide de tamanho tão enorme colida com Marte, a energia de um impacto elevaria a temperatura do planeta em 3º C. Essa elevação de temperatura repentina derreteria um trilhão de toneladas de água, que é quantidade o bastante para formar um lago de 1 m de profundidade. E várias dessas missões durante um período de 50 anos iriam criar um clima temperado e água suficiente para cobrir 25% da superfície do planeta. A desvantagem é que esse bombardeamento com asteróides (com cada um liberando energia equivalente a 70 mil bombas de hidrogênio de um megaton) atrasaria a colonização humana por séculos.
Embora possamos atingir Marte ainda neste século, poderia levar vários milênios para que a idéia de terraformação fosse realizada por completo. No caso da Terra, bilhões de anos foram necessários para que ela se transformasse em um planeta onde podem prosperar animais e plantas. Transformar a paisagem de Marte em algo semelhante à da Terra não se trata de um projeto simples, mas algo que, provavelmente, levará anos de inteligência e trabalho humano.
Introdução
Embora o ônibus espacial continue sendo uma maravilha tecnológica, a frota está envelhecendo e sua operação fica cada vez mais cara. Problemas recentes com o material isolante colocaram a tripulação em perigo, causando insegurança no vôo e fazendo com que a NASA deixasse toda a frota em terra. Ela precisa de um veículo capaz de transportar a tripulação e a carga útil para a órbita da Terra, da Lua e de Marte. Com a futura exploração em mente, a NASA está trabalhando no projeto de um novo veículo.
Lançamento do veículo
A nova nave espacial da NASA, a Orion Crew Exploration Vehicle, consistirá em duas naves:
o Crew Exploration Vehicle, ou CEV (Veículo de Exploração Tripulado) vai transportar de quatro a seis astronautas;
o Cargo Launch Vehicle, ou CLV (Veículo de Lançamento de Carga) vai transportar carga útil e astronautas, quando necessário.
A Orion terá tecnologias usadas na Apollo e em outros programas de lançamentos espaciais. Será também mais segura e versátil para explorações de longa duração no espaço.
Neste artigo, analisaremos o conceito e a tecnologia do Orion e aprenderemos como isso poderá nos ajudar em explorações na Lua e outras locações.
Fundamentos do CEV
A NASA selecionou a empresa Lockheed Martin para planejar e construir a Orion. Sistemas importantes como potência, navegação, recursos salva vidas, comunicação e computadores terão versões mais avançadas do que as da Apollo e do ônibus espacial.
Conceitos de engenharia do CLV (esquerda) e CEV (direita)
O CEV terá três partes básicas:
a cápsula para abrigar a tripulação;
um módulo de serviço para abrigar o principal sistema de propulsão, sistemas de força e controles de posionamento, que se referem a como a espaçonave se orienta no espaço: direção x, y e z, inclinação, rotação e coordenadas de mudança de direção. A Apollo usou quatro unidades de impulso montados no módulo de serviço para essa tarefa. Os ônibus espaciais usam controladores de reação propulsora localizados no proa e na popa;
um foguete auxiliar para colocar o veículo de exploração tripulado na órbita da Terra.
Haverá um módulo especial para realizar missões em solo lunar.
Veículo da tripulação e módulo de aterrassagem na órbita lunar
A cápsula terá formato cônico como o módulo de comando da Apollo, que é mais aerodinâmico do que o do ônibus espacial. Ao invés de reentrar na atmosfera da Terra a 8 km/s (como o ônibus) o CEV fará a reentrada na atmosfera com uma velocidade mais alta, usada para viagens lunares, de 11 km/s.
Além do formato, a cápsula da tripulação do CEV tem uma série de outras coisas em comum com a Apollo, mas também algumas diferenças:
um diâmetro maior (5 m ao invés de 1,20 m), que abrigará mais tripulantes e carga;
o escudo que fica atrás do protetor térmico será ablativo, isto é, será vaporizado. A Apollo usou um escudo com múltiplas camadas contra o aquecimento, feito de alumínio e resina epóxi, que se vaporizou e foi consumido pelo calor da reentrada. Esse escudo foi projetado para ser usado apenas uma vez, bem como o restante do módulo de comando. O ônibus usa placas cerâmicas térmicas, cobertores térmicos e resina de carbono reforçada para absorver o calor. No entanto, esse conceito já se mostrou mais difícil na prática do que o previsto em seu projeto teórico. O escudo de calor do CEV poderá ser substituído até 10 vezes, fazendo o design do veículo durar;
os air bags do CEV possibilitarão resgates tanto em aterrissagens na terra quanto no mar. Todos os resgates da Apollo foram feitos com aterrissagem no mar;
a posição do CEV, acima do lançador auxiliar, o coloca fora do caminho de detritos que possam cair, como pedaços de espuma ou gelo;
uma torre de fuga, um pequeno foguete que desprende do módulo de comando em uma eventual falha no lançamento, é uma das características originais do CEV. Esse mecanismo é mais seguro do que os procedimentos de abortagem usados no ônibus espacial.
Na próxima seção, analisaremos o módulo de serviço e o foguete auxiliar.
Módulo de serviço do CEV, impulsionadores e CLV
O módulo de serviço do CEV também será cilíndrico, cobrindo e protegendo o escudo térmico da cápsula durante o vôo, dando-lhe potência, propulsão e controle de posicionamento. O módulo de serviço será jogado ao mar antes da reentrada.
Algumas características do módulo de serviço:
um motor de propulsão, que vai usar combustível um pouco mais eficiente, de metano/oxigênio, ao invés da mistura hipergólica da Apollo (tetróxido de hidrazina/nitrogênio). O combustível de metano/oxigênio tem um maior impulso específico do que o tetróxido de hidrazina/nitrogênio, o que significa um tempo maior de queima da mesma massa do propulsor e velocidades maiores. No futuro, poderá ser possível fazer combustível de metano na lua e em Marte, para abastecer esse tipo de veículo.
uma capacidade maior de combustível para fazer diferentes órbitas lunares e desembarques em locais adequados;
painéis solares para gerar eletricidade para complementar a energia das células de combustível;
conduítes que contêm misturas de amônia líquida ou água/glicol, transferindo calor a radiadores, a fim de liberá-lo no espaço. No espaço exterior, a diferença entre a temperatura no sol e na sombra é de mais ou menos 200º C. Esse aquecimento desigual provoca estresse térmico nos metais da estrutura da espaçonave. Para contornar esse efeito, a espaçonave Apollo fez uma rotação em seu eixo quando foi à Lua, permitindo que a radiação solar esquentasse a nave de modo uniforme. A CEV provavelmente fará o mesmo.
Controles de posicionamento com propulsores semelhantes aos da Apollo
A Apollo precisou de um foguete de lançamento grande, o Saturno V, para levar a tripulação e a carga. Os motores principais do ônibus espacial precisavam produzir grande quantidade de propulsão para o veículo pelas mesmas razões. O foguete de lançamento do CEV vai levar apenas a tripulação e não cargas pesadas. Por esse motivo, ele pode ser menor que o da Apollo e do ônibus espacial.
O primeiro estágio do foguete de lançamento do CEV será um foguete de propulsão sólida (SRB) chamado Ares I, semelhante ao do ônibus espacial. O segundo estágio consistirá em um único motor de ônibus espacial, abastecido com hidrogênio líquido e tanques de oxigênio. Nenhum estágio será resgatado ou usado novamente. Os foguetes SRBs do ônibus são ambos recuperados e reutilizados.
A exploração tripulada do espaço requer colocar tanto astronautas como carga útil em órbita. Veículos antigos levavam pessoas e carga útil em um mesmo foguete, mas o conceito do CEV é separar essas duas funções. O CEV levará pesadas cargas úteis, como veículos de desembarque na lua, estágios de transferência lunar e componentes das estações lunar e espacial. Se necessário, o CLV pode também ser preparado para levar pessoas.
O CLV terá dois estágios:
o primeiro estágio, denominado Ares V, terá cinco motores principais, abastecidos com hidrogênio e oxigênio líquidos;
o segundo terá um motor de propulsão principal do ônibus espacial ou um motor da Apollo J-2, também abastecido com hidrogênio e oxigênio líquidos.
Imagem cedida pela NASA / John Frassanito and Associates
Veículo de transporte de carga com módulo lunar
e estágio de partida da Terra
A seguir, falaremos sobre o futuro da exploração espacial.
O futuro da exploração espacial
A NASA quer que o Orion seja versátil para futuras explorações espaciais. Imagina-se que ele será capaz de transportar as tripulações da Estação Espacial Internacional em 2014 e para a Lua em 2020. Marte será o próximo objetivo.
O principal objetivo do CEV é voltar à Lua. Durante o estágio de projeto da Apollo havia duas propostas para colocar o homem na lua:
um Encontro na órbita da Terra (EOR) - partes de um grande foguete lunar seriam colocadas na órbita terrestre e desembarcadas na lua;
um Encontro na órbita Lunar (LOR) - duas espaçonaves menores (módulo de comando/serviço e módulo lunar) se encontrariam na órbita lunar.
Os cientistas concordam eventualmente que um encontro na órbita Lunar pouparia peso e atingiria um dos objetivos do presidente John F. Kennedy, de colocar um homem na lua em 10 anos. O plano de vôo do CEV para retorno à Lua incorpora elementos da órbita terrestre, quanto em órbita Lunar.
As missões lunares do CEV estabelecerão uma base lunar para explorar a lua e procurar água em seu polo sul, necessária para sobrevivência e fonte potencial de material para produção de combustível para foguetes. Elas também permitirão que os astronautas testem equipamentos e técnicas para futuras missões a Marte. Como a Lua está a apenas três dias de distância, é mais seguro e mais barato lançar missões para Marte a partir do solo lunar. Uma missão de resgate também seria mais fácil em uma missão lunar do que em uma a Marte. O CEV servirá de modelo para outros projetos de espaçonaves tripuladas, designadas para ir ao espaço mais distante.
Imagem cedida pela NASA /John Frassanito and Associates
Astronautas deixam a lua no estágio de ascensão
Com o CEV, a NASA espera fazer astronautas retornarem à lua e realizar o sonho de mandar pessoas para explorar Marte e o restante do Sistema Solar (em inglês).
Para maiores informações sobre vôo espacial, Veículo de Exploração Tripulado Orion e tópicos relacionados, acesse os links da próxima página.
Introdução
Pelo menos em termos nucleares, o mundo agora é muito mais complexo do que era durante a Guerra Fria, quando os Estados Unidos e a União Soviética, agora Rússia, eram os dois únicos países que possuíam armas nucleares. Atualmente, muitas outras nações podem ter a capacidade de lançar mísseis nucleares de longo alcance.
Para combater um possível ataque nuclear, os Estados Unidos têm desenvolvido um sistema de defesa contra mísseis baseados no espaço, nas últimas duas décadas. Este sistema de defesa começou na administração do antigo presidente dos Estados Unidos, Ronald Reagan. Sua Iniciativa de Defesa Estratégica (SDI) exigiu o desenvolvimento de armas a laser para orbitar a terra e derrubar os mísseis balísticos. Neste momento, fala-se sobre os Estados Unidos estarem desenvolvendo uma quinta divisão militar, talvez chamada de Força Espacial, que assumiria a parte que a Força Aérea está deixando.
Neste artigo, vamos ver como algumas guerras já estão sendo feitas via satélite e as tecnologias que estão sendo desenvolvidas para realizar as guerras no espaço!
A base alta moderna
Antes da Primeira Guerra Mundial era quase uma necessidade os exércitos defenderem sua base, dominando seus oponentes em cima de uma colina, para conseguir ganhar as batalhas. Conseguir uma localização mais alta deu aos exércitos no topo da colina a vantagem de abater o exército oponente, que tinha que subir uma colina e, ao mesmo tempo, se defender das balas. Historicamente, os exércitos com a vantagem de estarem no ponto mais alto sempre venceram mais vezes. A nova base alta é o espaço. Os Estados Unidos, atualmente, usam o espaço de modo passivo durante um combate; portanto, vamos olhar para o espaço primeiramente por esse ângulo.
Em 1991, os Estados Unidos e seus aliados usaram uma tecnologia de satélite sofisticada para localizar alvos iraquianos durante a Guerra do Golfo Pérsico. Satélites inteligentes forneceram às forças americanas uma visão sem precedentes do campo de batalha, mostrando todos os movimentos que os iraquianos faziam durante a guerra. Com a vasta extensão da paisagem deserta para fornecer visibilidade, as imagens do satélite tornaram-se a principal fonte de informações sobre o exército iraquiano.
Os satélites também foram uma ferramenta valiosa para o desdobramento das tropas durante a Guerra do Golfo Pérsico. Uma constelação de satélites orbitando a Terra, conhecida como Sistema de Posicionamento Global (GPS), foi usada pelos soldados no solo para determinar sua localização. Esses 24 satélites forneceram a longitude, latitude e altitude dos soldados americanos portando receptores GPS no campo de batalha. O deserto aberto era o local ideal para usar os satélites GPS, porque existiam muito poucos objetos naturais ao redor para interferir com os sinais dos satélites. Em combinação com as imagens dos satélites espiões que estavam rastreando as tropas inimigas, o GPS deu aos Estados Unidos e seus aliados a vantagem de saber exatamente onde posicionar suas tropas para tirar o máximo proveito da situação.
A próxima fronteira no espaço é muito mais ativa: sistemas de armas com satélites projetados para derrubar mísseis nucleares.
Em maio de 1983, Reagan propôs sua Iniciativa de Defesa Estratégica (SDI), agora denominada Defesa contra mísseis balísticos, que exigia satélites equipados com laser para derrubar mísseis balísticos intercontinentais (ICBM). Os ICBMs têm um alcance de mais de 10.000 km. A essa distância, um ICBM disparado da Coréia do Norte poderia atingir facilmente Honolulu ou Los Angeles. O SDI de Reagan, também conhecido como "Guerra nas Estrelas," foi projetado para fornecer um guarda-chuva de proteção contra ataques de mísseis. Os satélites do SDI iriam rastrear um míssil a partir do lançamento e o derrubariam com lasers antes mesmo de o míssil deixar o espaço aéreo do país do qual foi lançado. O trabalho sobre o laser baseado no espaço da Defesa contra Míssil Balístico está em andamento, apesar de algumas críticas internacionais. O projeto continuou a receber US$ 4 bilhões por ano e, recentemente, recebeu um orçamento extra de US$ 6,6 bilhões no ano de 2005.
Armas espaciais em desenvolvimento
O Comando Espacial dos Estados Unidos não esconde o fato de que quer estabelecer a supremacia americana no espaço. Em seu relatório Visão para 2020, o Comando Espacial enfatiza que as forças militares sempre incentivaram a proteção dos interesses nacionais, tanto militares como econômicas. O relatório sugere que as armas espaciais devem ser desenvolvidas para proteger os satélites americanos e outros veículos espaciais, enquanto os outros países desenvolvem a capacidade de lançar naves espaciais. Em 1997, o secretário assistente da Força Aérea do Espaço, Keith R. Hall, disse: "com relação ao domínio do espaço, nós o temos, gostamos dele e pretendemos conservá-lo".
O Pentágono falou que à medida que as empresas espaciais começarem a ganhar vantagens comerciais, haverá aqueles que tentarão tirar algum lucro atacando aquelas empresas espaciais. Veja abaixo algumas armas espaciais atualmente em desenvolvimento:
lasers químicos;
feixes de partículas;
aviões espaciais militares.
Existem, pelo menos, 3 sistemas a laser sendo desenvolvidos para armas baseadas no espaço e na terra. Os 3 são um tipo de laser químico que envolve a mistura de químicas dentro da arma para criar o feixe de laser. Embora o sistema a laser baseado no espaço ainda tenha que esperar, aproximadamente, 20 anos para ser lançado, existem 3 lasers sendo considerados, incluindo o fluoreto de hidrogênio (HF), o fluoreto de deutério (DF) e o iodo oxigênio químico (COIL).
Foto cedida pela TRW
Desenho artístico de como um satélite equipado com laser espacial desenhado pela TRW dispara um laser em um míssil balístico de longo alcance
Em um relatório de 1998, com o título Armas a laser no espaço: uma avaliação crítica, o tenente coronel William H. Possel, da Força Aérea dos Estados Unidos, comparou o funcionamento do sistema a laser de fluoreto de hidrogênio com o modo como um motor de foguete funciona. O flúor atômico reage com o hidrogênio molecular para produzir moléculas excitadas de fluoreto de hidrogênio. Essa reação cria um comprimento de onda entre 2,7 e 2,9 microns. Nesse comprimento de onda, o feixe de laser de fluoreto de hidrogênio seria absorvido pela atmosfera da Terra, o que significa que ele deverá ser usado no "combate espaço a espaço" como parte do programa de laser baseado no espaço. A Organização de Defesa contra Míssil Balístico já demonstrou um laser de fluoreto de hidrogênio com potência em megawatts em um ambiente espacial simulado.
Um outro laser, similar ao sistema de fluoreto de hidrogênio, é o sistema laser de fluoreto de deutério. Em vez de usar o hidrogênio molecular, o deutério é usado para reagir com o fluoreto atômico. Como os átomos de deutério têm mais massa do que os átomos de hidrogênio, esse laser tem um comprimento de onda de, aproximadamente, 3,5 microns e pode transmitir melhor através da atmosfera. Em 1980, a TRW (em inglês) demonstrou um laser de fluoreto de deutério chamado Laser Químico Avançado Infravermelho Médio (MIRACL), que pode produzir mais de um megawatt de potência. Esse tipo de sistema a laser foi usado em testes para abater um foguete na Base de Mísseis de White Sands, em 1996.
O terceiro tipo de laser químico que poderá ser usado na defesa contra mísseis balísticos é o laser de iodo de oxigênio químico (COIL), que foi apresentado em 1978. Nesse sistema a laser, uma reação gerada entre o cloro e o peróxido de hidrogênio excita átomos de oxigênio que transferem sua energia aos átomos de iodo. Essa transferência de energia faz com que os átomos de iodo fiquem excitados, criando um laser com um comprimento de onda de, aproximadamente, 1,3 microns, menor do que os 2 lasers mencionados anteriormente. Esse comprimento de onda menor significa que uma ótica menor pode ser usada para desenvolver um sistema de laser baseado no espaço. Em 1996, a TRW testou um laser COIL que produziu um feixe com centenas de kilowatts de potência e durou vários segundos. Até agora, esse é o mais promissor dos lasers baseados no espaço em desenvolvimento.
Um dos problemas com lasers baseados no espaço é que eles teriam que ser fixados a um satélite em movimento quando fossem tentar atingir um outro objeto em movimento a milhares de quilômetros por hora. Imagine, a bordo de um jato supersônico, tentar atirar em um pássaro. O laser e o objeto a ser atingido estariam viajando em velocidades diferentes, tornando o tiro quase impossível. Essa é a razão por que o Departamento de Defesa dos Estados Unidos também está considerando uma arma de feixe de partículas, que seria capaz de disparar feixes de partículas subatômicas, muito perto da velocidade da luz, em um alvo militar. Se um feixe pudesse ser disparado a essas velocidades, ele deveria, de qualquer modo, congelar o objeto alvo.
A arma de feixe de partículas seria capaz de gerar uma potência muitas vezes mais destrutiva do que qualquer laser em desenvolvimento. Essa arma seria composta, essencialmente, de duas partes: uma fonte de potência e um túnel de aceleração. Se uma arma de feixe de partículas funcional pudesse ser construída, usaria sua fonte de potência para acelerar elétrons, prótons ou átomos de hidrogênio através do túnel, o qual concentraria essas partículas carregadas em um feixe que seria disparado no alvo.
Os "dardos" de energia disparados da arma de feixe de partículas entrariam nos materiais do alvo, passando a energia para os átomos que compõem o alvo. Esse impacto seria como uma bola branca de sinuca atingindo um grupo de bolas na mesa de bilhar. O aumento rápido da temperatura do objeto alvo faria o objeto explodir em questão de segundos após o impacto.
O maior obstáculo no desenvolvimento da arma de feixe de partículas funcional tem sido a criação de uma fonte de potência que seja leve o suficiente para ser colocada no espaço e que possa produzir milhões de eletro-volts de potência e dezenas de megawatts de potência do feixe. Uma estação de potência convencional seria capaz de atender essas exigências de potência, mas seria grande demais para colocar em órbita. Até agora, os cientistas não foram capazes de desenvolver uma fonte adequada e de baixo peso que possa atender essas exigências.
O avião espacial X-33 pode ser usado para combate militar no espaço
Uma terceira arma espacial em desenvolvimento é o avião espacial militar. Um acordo mútuo entre a NASA e a Força Aérea está tentando desenvolver um avião espacial denominado X-33. Embora o presidente Clinton tenha vetado a parte da Força Aérea do avião espacial militar em 1998, a NASA continuou o desenvolvimento por razões não militares. Se a Força Aérea tivesse que retomar o desenvolvimento do avião espacial em uma data posterior, poderia usar o veículo para controlar o espaço tanto ofensiva como defensivamente.
Atualmente, existem vários acordos internacionais proibindo a colocação de tais armas no espaço. Um desses acordos é o "Tratado do Espaço Exterior", de 1967, que engloba o espaço exterior, a Lua e outros corpos celestes. O único furo desse tratado é que ele não fala nada a respeito da área imediatamente acima da Terra, onde a maioria dos satélites fica em órbita. No entanto, o tratado proíbe a colocação de armas nucleares ou outras armas de destruição em massa, na órbita da Terra. Mas, a questão é: as armas a laser ou de feixe de partículas são de destruição em massa? O tratado ainda proíbe a construção de bases e fortificações militares em qualquer corpo celeste, inclusive a Lua.
Em novembro de 1999, 138 membros das Nações Unidas votaram para ratificar o Tratado do Espaço Exterior. Somente os Estados Unidos e Israel abstiveram-se do voto. Com base nesse voto, que sustentou o veto às armas no espaço, parece que as armas espaciais permanecerão suspensas, por enquanto. Sendo assim, pensamentos a respeito de armas do tipo Estrela da Morte e aviões de combate X-Wing, combatendo a milhares de quilômetros no espaço, terão que esperar um bom tempo.
Introdução
Quando o ônibus espacial Columbia decolou do Kennedy Space Center, na Flórida, em 12 de abril de 1981, para começar a primeira missão dos ônibus espaciais, o sonho de ter uma espaçonave reutilizável tornou-se realidade. Desde então, a NASA já lançou mais de 100 outras missões. No entanto, o problema foi que o preço dessas missões espaciais mudou um pouco. Quer seja o ônibus espacial ou a nave não-reutilizável russa, o custo de um lançamento é de cerca de US$ 22 mil por kg (cerca de R$ 50 mil/kg).
Mas um novo sistema de transporte espacial está em desenvolvimento e poderia transformar uma viagem para a órbita estacionária em torno da Terra em algo corriqueiro, mudando toda a economia mundial.
O elevador, visto no desenho artístico, será capaz de transportar até 13 toneladas de carga para o espaço, tudo isso usando a propulsão de raios laser
Um elevador espacial, feito de uma fita composta de nanotubos de carbono e ancorado em uma plataforma em alto-mar, se esticaria por aproximadamente 100 mil km de altura, até chegar a um contrapeso. Então, içadores mecânicos conectados à fita a escalariam para transportar carga e humanos para o espaço, a um preço baixo de US$ 220 a US$ 880 por kg.
Neste artigo, vamos dar uma olhada em como essa idéia está passando da ficção científica para a realidade.
Fita no céu
Para entender melhor o conceito por trás do elevador espacial, pense em um jogo de tetherball (aquele em que uma bola fica presa por uma corda em um mastro e os jogadores dão socos nela). Nessa analogia, a corda é a fita composta de nanotubos de carbono, o mastro é a Terra e a bola é o contrapeso. Agora imagine que a bola gira perpetuamente ao redor do mastro, mas tão rápido que a corda fica tensa. Essa é a idéia geral por trás do elevador espacial. O contrapeso gira ao redor da Terra para manter o cabo reto e permitir que os içadores robóticos subam e desçam pela fita.
Um contrapeso na extremidade do elevador espacial é o que vai fazer com que a fita de nanotubos de carbono fique esticada
De acordo com o design proposto pela LiftPort (site em inglês), o elevador espacial teria cerca de 100 mil km de altura. A LiftPort é uma das várias empresas desenvolvendo planos para um elevador espacial ou para componentes dele. As equipes ao redor do mundo estavam empenhadas em ganhar os US$ 400 mil do primeiro prêmio dos Jogos do Elevador Espacial, na X Prize Cup, que aconteceria em outubro de 2006 na cidade de Las Cruces, no Novo México.
A peça principal do elevador será a fita composta de nanotubos de carbono, que tem apenas alguns centímetros de largura e é quase tão fina quanto um pedaço de papel. Os nanotubos de carbono, descobertos em 1991, são o que fazem os cientistas acreditarem que o elevador espacial pode se tornar uma realidade. De acordo com o Dr. Bradley Edwards, da Spaceward Foundation (site em inglês), "antes, os desafios materiais eram grandes demais. Mas agora estamos chegando cada vez mais perto, graças aos avanços na criação de nanotubos de carbono e na construção de máquinas que podem gerar extensões grandes o bastante para criar uma fita que se estique até o espaço" [referência - em inglês].
De acordo com os primeiros planejamentos, restos de materiais da construção serão usados para formar o contrapeso
Os nanotubos de carbono têm o potencial para serem 100 vezes mais fortes do que o aço e são tão flexíveis quanto o plástico. A força dos nanotubos de carbono se deve à sua estrutura única, que lembra uma bola de futebol. Assim que os cientistas conseguirem criar fibras a partir dos nanotubos de carbono, será possível criar os fios que formarão a fita do elevador espacial. Materiais disponíveis antigamente eram muito fracos ou não tinham flexibilidade o bastante para formar a fita, e seriam quebrados facilmente.
"Eles têm módulo de elasticidade muito alto e sua resistência à tração também é bastante grande. Esses são os requisitos que, teoricamente, tornariam a construção de um elevador espacial relativamente fácil", disse Tom Nugent, diretor de pesquisas do LiftPort Group.
Uma fita poderia ser construída de duas maneiras:
longos nanotubos de carbono, com extensão de muitos metros, seriam trançados em uma estrutura semelhante a uma corda. Até 2005, os nanotubos mais longos ainda não passavam de alguns centímetros;
nanotubos mais curtos poderiam ser colocados em uma matriz de polímeros. Os polímeros atuais não têm uma ligação muito boa com os nanotubos de carbono, o que faz com que a matriz seja puxada para longe dos nanotubos quando colocada sob tensão.
Assim que a longa fita de nanotubos for criada, ela será enrolada em um carretel e lançada em órbita. Quando a espaçonave transportando o carretel atingir uma determinada altitude, como a baixa órbita terrestre, o carretel começa a se desenrolar e levar a fita de volta à Terra. Ao mesmo tempo, o carretel continuará a subir para uma altitude mais alta. Quando a fita atingir a atmosfera terrestre, ela será capturada, trazida para o nível do mar e ancorada em uma plataforma móvel no oceano.
A fita servirá como os trilhos de uma espécie de ferrovia espacial. E os içadores mecânicos serão usados para escalar a fita em direção ao espaço.
Qual vai ser a altura do elevador espacial?
Se construída, a fita será uma das maravilhas do mundo moderno e será a estrutura mais alta já construída. Imagine que a torre sem suporte mais alta do mundo em 2005 era a CN Tower, que chega a 553,34 metros, localizada em Toronto, no Canadá. O elevador espacial seria 180.720 vezes mais alta do que a CN Tower! O elevador de 100 mil km de altura atingiria um ponto muito mais distante do que a altura em que o ônibus espacial costuma orbitar (de 185 a 643 km). Na verdade, ele chegaria a um quarto da distância da Terra à Lua, que fica a uma distância de 382.500 km do nosso planeta.
Rumo ao topo
Mas embora a fita ainda seja um componente conceitual, todas as outras peças do elevador espacial podem ser construídas com o uso de tecnologia já existente, incluindo o içador robótico, a estação-âncora e o sistema de transmissão de energia. Quando a fita puder ser construída, os outros componentes já estarão quase prontos para o lançamento. Quando? Por volta de 2018. Içador
O içador robótico usará a fita como um direcionador para sua subida ao espaço. Um mecanismo de tração com cilindros se prenderá à fita e a puxará, fazendo com que o içador escale o elevador.
Estação-âncora
O elevador espacial terá sua origem em uma plataforma móvel na região equatorial do Oceano Pacífico, que funcionará como uma âncora para a fita.
Os escaladores em cada extremidade do içador vão subir a fita a uma velocidade de cerca de 320 km/h
Contrapeso
Na parte superior da fita, haverá um contrapeso maciço. Os primeiros planos incluíam capturar um asteróide e usá-lo como contrapeso. Mas idéias mais recentes como as da LiftPort e do Institute for Scientific Research (ISR - Instituto para Pesquisas Científicas) planejam usar um contrapeso criado pelo homem. Na verdade, o contrapeso poderá ser montado com os equipamentos usados para construir a fita (incluindo a nave usada para levá-la ao espaço).
Transmissor de energia
O içador será alimentado por um sistema de laser de elétrons livres localizado sobre ou próximo à estação-âncora. O laser irá disparar 2,4 megawatts de energia em células fotovoltaicas, que podem ser feitas de Arsenieto de Gálio (GaAs), ligadas ao içador, que irá converter essa energia em eletricidade para os motores elétricos convencionais de corrente contínua de imã de nióbio, de acordo com a ISR.
E quando estiverem funcionando, os içadores poderão subir pelo elevador espacial quase todos os dias. Os içadores terão diferentes tamanhos, variando de cinco toneladas iniciais até 20 toneladas. O içador de 20 toneladas conseguirá transportar até 13 toneladas de carga e terá 900 metros cúbicos de espaço. Os içadores transportariam satélites, painéis de energia solar e, eventualmente, pessoas pela fita, a velocidades de aproximadamente 190 km/h.
Mantendo-se em operação
Com uma extensão de 100 mil km, o elevador espacial será vulnerável a muitos perigos, incluindo temperatura, fragmentos vindos do espaço e terroristas. Conforme os planos do elevador espacial prosseguem, os projetistas estão pensando nesses riscos e em maneiras de superá-los. E para certificar-se de que sempre haverá um elevador espacial operando, os criadores estão planejando construir vários deles. Cada um mais barato do que o anterior. O primeiro elevador espacial irá servir como uma plataforma a partir da qual os outros serão construídos. Ao fazer isso, os criadores querem garantir que mesmo tendo problemas com um deles, haja outros para continuar a içar cargas para o espaço.
Foto cedida LiftPort Group
A fita do elevador espacial será ancorada a uma plataforma móvel na região equatorial do Oceano Pacífico. Como parte de um sistema que possibilitará que o elevador desvie de destroços orbitais, a plataforma móvel pode ser reposicionada.
Evitando fragmentos espaciais
Assim como a estação espacial ou o ônibus espacial, o elevador espacial precisará ter a capacidade de desviar de objetos em órbita, como fragmentos e satélites. A plataforma âncora irá utilizar um sistema de fuga ativa para proteger o elevador espacial desse tipo de objeto. Atualmente, o NORAD (Comando de Defesa Aeroespacial Norte-Americano) rastreia objetos com tamanho maior do que 10 cm. Mas para proteger o elevador espacial, seria necessário um sistema de rastreamento de fragmentos orbitais capaz de detectar objetos de cerca de 1 cm. Essa tecnologia está sendo desenvolvida atualmente por outros projetos espaciais.
"Nossos planos são ancorar a fita a uma plataforma móvel no oceano", diz Tom Nugent, da LiftPort. "Será possível movimentar a âncora para tirar a fita do caminho dos satélites".
Repelindo ataques
A localização isolada do elevador espacial será o fator principal para reduzir o risco de ataques terroristas. Por exemplo, a primeira âncora será instalada na região equatorial do oceano Pacífico, a 650 km de quaisquer linhas aéreas ou marítimas, de acordo com a LiftPort. Somente uma pequena parte do elevador espacial estará dentro do alcance de ataques, ou seja, uma altura de menos de 15 km. Além disso, o elevador espacial será um recurso global valioso e provavelmente será protegido pelas forças militares americanas e de outros países.
Abrindo novas fronteiras
Testando a tecnologia
Em fevereiro de 2006, o LiftPort Group anunciou o lançamento bem-sucedido de uma plataforma usando um balão de alta altitude. Esses balões mantiveram a plataforma no ar durante seis horas a uma altura de 1,6 km. A LiftPort planeja comercializar a plataforma, chamada de HALE (Alta Resistência em Alta Altitude), como uma estação para câmeras de segurança, telefones celulares e transmissões de rádio. [referência - em inglês].
O impacto global potencial do elevador espacial está fazendo com que ele seja comparado com outro grande feito nos transportes: a estrada de ferro transcontinental americana. Completada em 1869, em Promontory, no estado de Utah, a estrada de ferro ligou as costas leste e oeste do país pela primeira vez e acelerou a colonização do oeste americano. O tempo de viagem através do país reduziu-se de meses a dias, além de abrir novos mercados e originar novas indústrias. Quando o ano de 1893 chegou, os EUA já tinham cinco estradas transcontinentais. A idéia de um elevador espacial têm muitos dos mesmos elementos que a estação transcontinental. Ele criaria uma conexão permanente com o espaço que nunca seria interrompida. Embora não vá acelerar o tempo da viagem, ele poderá torná-las mais freqüentes e abrir espaço para uma nova era no desenvolvimento. Talvez o principal fator impulsionando a idéia do elevador espacial seja o fato de que ele diminuiria em muito o custo de levar cargas para o espaço. Embora sejam mais lentos do que os ônibus espaciais, os içadores reduziriam os custos de lançamento de US$ 22 mil a US$ 44 mil por kg para aproximadamente US$ 880.
Concepção artística da visão solar
Estimativas atuais dizem que o custo de construção de um elevador espacial chegaria a US$ 6 bilhões e os custos legais chegaria a US$ 4 bilhões, de acordo com Bradley Edwards, autor do "The Space Elevator, NIAC Phase II Final Report" (site em inglês - o elevador espacial, relatório final da fase II do NIAC - Edwards também é conhecido como Dr. Bradley Carl Edwards, presidente e fundador da Carbon Designs). Para que você possa comparar, o custo do programa do ônibus espacial foi orçado em US$ 5,2 bilhões em 1971, mas acabou custando US$19,5 bilhões. Além disso, cada vôo do ônibus espacial custa US$ 500 milhões, que é mais de 50 vezes o valor das primeiras estimativas.
O elevador espacial poderia substituir o ônibus espacial como o principal veículo para viagens espaciais e ser usado para o lançamento de satélites, defesa, turismo e futuras explorações. Nesse caso, uma espaçonave seria içada pelo elevador para ser lançada no espaço. Esse tipo de lançamento requeriria menos combustível do que costuma ser necessário para sair da atmosfera terrestre. Alguns projetistas também acreditam que os elevadores espaciais poderiam ser construídos em outros planetas, inclusive Marte.
A NASA financiou a pesquisa do Dr. Edwards por 3 anos. Mas, em 2005, ela deu apenas US$ 28 milhões para as empresas que pesquisavam o elevador espacial. Embora a NASA ainda esteja muito interessada no projeto, prefere esperar por descobertas mais concretas.
Para mais informações sobre elevadores espaciais e assuntos relacionados, verifique os links na próxima página.
Introdução
Enquanto a maioria dos projetos da NASA (site em inglês) 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.
Foto cedida pela NASA
A nave espacial movida a foguete de ar aspirado poderá favorecer o passeio do homem comum pelo espaço
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.
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.
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.
Introdução
Há mais de 20 anos, os Estados Unidos começaram a desenvolver um sistema de defesa contra mísseis que ganhou o apelido de "Guerra nas Estrelas". Esse sistema foi projetado para rastrear e derrubar mísseis lançados por países estrangeiros utilizando lasers. Embora esse sistema tenha sido projetado para a guerra, os pesquisadores encontraram muitos outros usos para esses lasers de alta potência. Na verdade, eles poderiam até mesmo ser usados para colocar uma nave espacial em órbita e chegar a outros planetas.
Modelo experimental de nave de luz movida a laser
Para alcançar o espaço, atualmente, utilizamos o ônibus espacial, que tem que carregar toneladas de combustível e possuir dois enormes foguetes propulsores atrelados a ele para tirá-lo do chão. Os lasers poderiam permitir que os engenheiros desenvolvessem espaçonaves mais leves, que não precisariam de uma fonte de energia a bordo. Esse veículo, chamado de nave de luz, funcionaria ele mesmo como motor, e a luz - uma das fontes de energia mais abundantes do universo - seria o combustível.
Nave de luz em ação. A luz brilhante deriva da combustão do ar sob a borda da nave.
A idéia básica por trás do propulsor de luz é o uso de lasers para aquecer o ar até ele explodir, impelindo a espaçonave para a frente. Se funcionar, o propulsor de luz terá menos de um milésimo do peso e será milhares de vezes mais eficiente do que os motores químicos de foguetes - e não haverá produção de poluição. Neste artigo, veremos duas versões desse sistema avançado de propulsão - um deles poderá nos levar até a lua em apenas cinco horas e meia, e o outro poderá nos levar em uma viagem pelo sistema solar na "auto-estrada de luz".
Nave de luz propulsionada a laser
Foguetes propulsionados a luz lembram alguma coisa relativa à ficção científica - uma nave espacial que passeia no espaço sobre um feixe de laser, que precisa de pouco ou nenhum propelente a bordo e não cria poluição. Isso parece bastante artificial, considerando que não conseguimos desenvolver nada que chegasse perto disso na Terra para viagens convencionais, tanto terrestres quanto aéreas. Mas, mesmo que isso só vá acontecer dentro de 15 a 30 anos, os princípios por trás da nave de luz já foram testados com êxito várias vezes. Uma empresa chamada Lightcraft Technologies (em inglês) continua a refinar a pesquisa que começou no Rensselaer Polytechnic Institute em Troy, N.Y.
Foto cedida pela Rensselaer
Quando o laser pulsa, ele superaquece o ar até chegar à combustão. Cada vez que o ar queima, ele cria um brilho de luz, como se pode ver nesta foto de um vôo de teste.
A idéia básica da nave de luz é simples: a nave usa espelhos para receber e focalizar o feixe de laser incidente para aquecer o ar, o qual explode para impelir a nave. Veja abaixo os componentes básicos desse revolucionário sistema de propulsão:
laser de dióxido de carbono - a Lightcraft Technologies usa um Sistema de Teste de Vulnerabilidade de Laser Pulsado (PLVTS), um descendente do programa de defesa "Guerra nas Estrelas". O laser pulsado de 10 kW usado para a nave de luz experimental está entre os mais poderosos do mundo.
espelho parabólico - o fundo da espaçonave é um espelho que focaliza o feixe do laser sobre o ar do motor ou propelente a bordo. Um espelho secundário parecido com um telescópio, com transmissor baseado em terra, é usado para direcionar o feixe do laser sobre a nave de luz.
câmara de absorção - o ar de entrada é direcionado para essa câmara, onde é aquecido pelo feixe, se expande e propulsiona a nave.
hidrogênio a bordo - uma pequena quantidade propelente de hidrogênio é necessária para empuxo do foguete quando a atmosfera é muito fina para fornecer ar suficiente.
Antes do lançamento, um jato de ar comprimido é usado para girar a nave de luz a aproximadamente 10.000 revoluções por minuto (RPMs). O giro é necessário para estabilizar o artefato giroscopicamente. Imagine esta situação no futebol americano: o zagueiro aplica um giro na bola quando faz o arremesso, para ter um passe mais preciso. Quando o giro é aplicado a essa nave extremamente leve, ele faz que ela atravesse o ar com maior estabilidade.
Quando a nave de luz está girando a uma velocidade adequada, o laser é ligado, impulsionando a nave no ar. O laser de 10 kW pulsa a uma taxa de 25-28 vezes por segundo. Pulsando, o laser continua a empurrar a nave para cima. O feixe de luz é focalizado pelo espelho parabólico no fundo da nave de luz, aquecendo o ar entre 9.982 e 29.982ºC - várias vezes mais quente do que a superfície do Sol. Quando se aquece o ar a essas temperaturas altas, ele é convertido em um estado de plasma - esse plasma, então, explode para propulsionar a nave para cima.
A Lightcraft Technologies, Inc., com patrocínio do FINDS, e financiado pela NASA (em inglês) e pela Força Aérea Americana, testou um pequeno protótipo da nave várias vezes no lançador de mísseis White Sands, no Novo México. Em outubro de 2000, a nave de luz em miniatura, com diâmetro de 12,2 cm e pesando apenas 50 g, atingiu uma altitude de 71 m.
Essa nave de luz movida a laser poderia também usar espelhos, localizados na nave, para projetar um pouco da energia concentrada à frente da nave. O calor do feixe de laser criaria uma ponta de ar que desviaria algum ar atrás da nave, diminuindo assim o arrasto e reduzindo a quantidade de calor absorvida pela nave de luz.
Nave de luz propulsionada por microondas
Outro sistema de propulsão que está sendo considerado para uma classe diferente de naves de luz envolve o uso de microondas. A energia da microonda é mais barata que a do laser e torna mais fácil obter potências maiores, mas exige uma nave com diâmetro maior. As naves de luz a serem projetadas para esse tipo de propulsão se pareceriam mais com discos voadores (agora, estamos mesmo entrando no mundo da ficção científica). Essa tecnologia levará mais tempo para ser desenvolvida do que a nave de luz propelida a laser, mas poderá nos levar a planetas distantes. Os pesquisadores que a desenvolvem também visualizam milhares dessas naves movidas a luz, alimentadas por uma frota de estações de energia em órbita, que substituirão as viagens com linhas aéreas convencionais.
A nave de luz movida a microondas dependerá de estações de energia em órbita
A nave de luz movida a microondas também utilizará uma fonte de energia não integrada à nave. Com o sistema de propulsão movido a laser, a fonte de energia fica baseada em terra. O sistema de propulsão a microondas contornará isso. A nave espacial propelida a microondas dependerá da energia fornecida por estações de energia solar em órbita. Em vez de ser propelida para longe de sua fonte de energia, a nave será atraída por ela.
Antes que essa nave possa voar, os cientistas terão que colocar em órbita uma estação de energia solar de 1 km de diâmetro. Leik Myrabo, que lidera as pesquisas sobre naves de luz, acredita que essa estação de energia poderia gerar até 20 gigawatts de potência. Orbitando a 500 km acima da Terra, essa estação de energia poderia fornecer energia de microondas para uma nave de luz em forma de disco de 20 m, capaz de transportar 12 pessoas. Milhões de pequenas antenas, cobrindo a parte de cima da nave, converteriam as microondas em eletricidade. Em apenas duas órbitas, a estação de energia seria capaz de acumular 1.800 gigajoules de energia e irradiar 4,3 gigawatts de potência para a nave fazer o passeio pela órbita.
A nave movida a microondas seria equipada com dois ímãs poderosos e três tipos de motores de propulsão. As células solares, cobrindo a parte superior da nave, seriam usadas por ela, no lançamento, para produzir eletricidade. A eletricidade, então, iria ionizar o ar e propelir a nave para pegar os passageiros. Uma vez lançada, a nave movida a microondas usaria seu refletor interno para aquecer o ar a sua volta e ultrapassar a barreira do som.
Quando atingisse uma altitude elevada, inclinaria de lado para atingir velocidades hipersônicas. Metade da potência da microonda poderia, então, ser refletida à frente da nave para aquecer o ar e criar uma ponta de ar, permitindo à nave atravessar o ar a até 25 vezes a velocidade do som e atingir a órbita. A velocidade máxima da nave chega a cerca de 50 vezes a velocidade do som. A outra metade da potência da microonda é convertida em eletricidade pelas antenas receptoras da nave, sendo usada para energizar seus dois motores eletromagnéticos. Esses motores, então, aceleram a pressão negativa ou o ar que flui em volta da nave. Acelerando a pressão negativa, a nave é capaz de cancelar qualquer ruído sônico, fazendo com que ela fique completamente silenciosa em velocidades supersônicas.
Introdução
O universo é repleto de nuvens de poeira. Com estudos anteriores, os cientistas aprenderam que essa poeira cósmica pode, na presença de plasma, criar formações conhecidas como cristais de plasma. Uma equipe internacional de pesquisadores publicou um estudo em agosto de 2007, no New Journal of Physics, que indica que esses cristais podem ser mais sofisticados do que imaginamos. Em simulações que envolvem poeira cósmica, os pesquisadores testemunharam a formação de cristais de plasma que mostram algumas das características elementares da vida: estrutura parecida com o DNA, comportamento autônomo, reprodução e evolução.
Galeria de imagens: espaço sideral (em inglês)
Cristais de plasma em formato de hélice, que podem ser uma forma da chamada
"vida sobrenatural", poderiam potencialmente ser encontrados nos anéis de Saturno
Antes de vermos como isso funciona, vamos falar sobre o plasma. O plasma é o quarto estado da matéria. Quando o gás é superaquecido, os elétrons se separam dos átomos e flutuam livremente. O gás então se torna ionizado, transportando uma carga positiva. Essa mistura superaquecida de gás ionizado e elétrons flutuando livremente forma o plasma. As estrelas são basicamente plasma, como cerca de 99% da matéria do universo, ainda que o plasma seja muito menos comum na Terra, onde estamos acostumados a lidar com sólidos, líquidos e gasosos. Além de ser encontrado nas estrelas e no Sol, o plasma é transportado por ventos solares e campos magnéticos, geralmente entrando em contato com nuvens de poeira como aquelas estudadas pelos pesquisadores.
Imagem cedida Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA
Em simulações, os cristais de plasma
às vezes assumem a forma de hélice dupla
do DNA
Quando o plasma entra em contato com uma nuvem de poeira, as partículas de poeira reúnem uma carga elétrica sugando os elétrons do plasma circundante. Esse núcleo de elétrons, por sua vez, se agrupa em íons com carga positiva, formando os cristais de plasma. Nas simulações dos cientistas, realizadas na Estação Espacial Internacional e num ambiente de gravidade zero em instalações de pesquisa na Alemanha, os cristais de plasma, às vezes, se desenvolveram em formatos parecidos com os de saca-rolhas ou mesmo no formato de DNA, com hélice dupla. Esses cristais com formato de hélice retêm uma carga elétrica e mostram o que os pesquisadores chamaram de capacidade de auto-organização.
Uma vez na forma de hélice, os cristais podem se reproduzir se dividindo em duas hélices idênticas, mostrando "marcas de memória" em suas estruturas [fonte: New Journal of Physics - em inglês]. O diâmetro das hélices varia por toda a estrutura e a disposição de várias seções é replicada em outros cristais, passando ao que poderia ser chamado de uma forma de código genético.
Eles até parecem evoluir. As formações se tornaram mais fortes com o tempo à medida que estruturas mais fracas se quebravam e desapareciam.
Os pesquisadores desejam testar se as nuvens de poeira em um ambiente não simulado, como o dos anéis de Saturno, formam hélices e exibem esses comportamentos. Os cristais de plasma, contudo, são frágeis e difíceis de testar. Eles também requerem um fluxo constante de plasma; caso contrário, "morrem".
Se eles existem na forma simulada, os pesquisadores acreditam que os organismos de cristal podem ser encontrados nos anéis de Urano e Saturno, compostos de pequenos grãos de gelo.
Assim, eles criam formas parecidas com o DNA, se reproduzem, passam sua estrutura ou código genético, "comem" plasma, evoluem e morrem. Esses supostos organismos seriam uma forma de vida real? Responderemos essa pergunta na próxima seção.
Os cristais de plasma estão vivos?
Em julho de 2007, um grupo de cientistas dos Estados Unidos, em associação com o Conselho Nacional de Pesquisas, emitiu um relatório recomendando que os cientistas busquem pela chamada vida sobrenatural em outros mundos, no espaço e até mesmo na Terra. Acredita-se que a vida sobrenatural seja muito diferente das formas de vida que estamos acostumados a ver. Ela pode ser constituída por organismos que não dependem da água ou que não têm nenhum DNA. Algumas pessoas até acreditam que existiu vida estranha na Terra num passado distante e que ela ainda possa existir neste planeta. Na verdade, os cientistas não sabem o que é vida estranha, mas sua presença tem muitos conceitos reavaliados sobre o que pode ser a vida alienígena e onde ela pode ser encontrada.
Se os cristais de plasma são ou não um exemplo de vida estranha, é difícil determinar. Algumas das perguntas quanto a esses potenciais organismos voltam ao debate sobre o significado da vida. Por exemplo, na Terra, consideramos que a vida se baseia em carbono e depende da presença de água. Formas de vida também desempenham certas funções básicas, como reprodução, evolução e metabolismo. Mas usar essas funções como uma classificação pode ser complicado. David Grier, professor de física da Universidade de Nova York, disse à New Scientist que "não existe nenhuma definição matematicamente rigorosa de vida", o que torna difícil chamar esses cristais de "vivos" [fonte: New Scientist Space - em inglês].
Outra teoria da vida
Formas de vida baseadas em silício são outra possível forma de vida alienígena. Essas formas de vida hipotéticas geralmente são descritas em filmes de ficção científica, programas de TV e livros. Como o carbono, o silício pode formar vários compostos complexos, mas entre suas muitas desvantagens está uma inerente instabilidade. O silício também é menos comum que o carbono no universo conhecido
Gregor Morfill, um dos participantes do experimento, disse que mesmo os cristais contendo muitas das "marcas" de vida ainda são "apenas uma forma especial de cristal de plasma" [fonte: New Scientist Space - em inglês]. Outro pesquisador, V. N. Tsytovich, disse que os clusters têm "todas as propriedades necessárias para qualificá-los como candidatos a matéria viva inorgânica" [fonte:Science Daily - em inglês]. Os pesquisadores também disseram que, apesar de não estarem prontos para declarar com confiança que essas estruturas representam uma nova forma de vida, seus estudos devem acrescentar à discussão de como os cientistas definem a vida [fonte: USA Today - em inglês].
Se os cristais de plasma existem em suas formas simuladas, eles vivem e se desenvolvem em um ritmo pelo menos centenas de milhares de vezes mais lento que os organismos biológicos da Terra. A pergunta que surge então é a seguinte: dada sua fragilidade e seu ritmo de desenvolvimento lento, eles podem se tornar inteligentes ou conscientes?
Se eles forem considerados como vida, isso pode significar que esses organismos são a forma de vida mais comum no universo, dada a predominância de plasma e nuvens de poeira interestelar em grande quantidade. Também já se sugeriu que essas formas de vida inorgânicas, de alguma maneira, estimularam o desenvolvimento da vida orgânica na Terra.
Para obter mais informações sobre cristais de plasma, formas de vida alternativas e outros tópicos relacionados, consulte os links na próxima página.
