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.
Foto cedida pela NASA
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.
Foto cedida LiftPort Group
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.
Foto cedida LiftPort Group
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].
Foto cedida LiftPort Group
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.
Foto cedida LiftPort Group
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.
Foto cedida LiftPort Group
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.
Foto cedida pela NASA
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.
Foto cedida pela NASA
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.
Foto cedida pelo Rensselaer Polytechnic Institute.
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.
Foto cedida pela Rensselaer.
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. Foto cedida pela NASA
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)
Imagem cedida NasaCristais 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.
