Como se calcula o consumo de combustível para sair da terra e chegar a outro planeta? o que se sabe sobre a vela solar?

Inicialmente, calcula-se uma trajetória quase elíptica — órbita de transferência — que tangencie, em cada extremidade do eixo maior, as órbitas da Terra e do outro planeta. Depois define-se um intervalo de dias consecutivos em que os dois corpos possibilitem uma transferência mais fácil, levando em conta o tempo de viagem. Para economia de combustível e tempo, os dias mais indicados para o lançamento da espaçonave são aqueles em que os dois planetas estão mais próximos. A sobra de propelente nos tanques dos foguetes de propulsão após o impulso inicial, grande o suficiente para libertar a espaçonave do campo gravitacional da Terra, é vital por permitir a correção de perturbações imprevisíveis do vôo. Assim, evita-se que a espaçonave se perca no espaço ou se choque com o planeta de destino.

Para o cálculo do propelente requerido no lançamento, deve-se descobrir a aceleração necessária para levar a espaçonave à velocidade para fazê-la ‘escapar’ do campo gravitacional da Terra. Isso é feito calculando-se durante o vôo, continuamente, o resultado da divisão do valor do empuxo (força) de propulsão do foguete do veículo de lançamento pela massa do veículo completo — incluindo, enquanto ele está conectado à espaçonave, o conjunto de estágios de foguetes usados no lançamento. Deve ser também computado o tempo de funcionamento dos foguetes necessário para atingir o ponto e a velocidade de escape e garantir um excedente para o resto da viagem. Em geral, isso leva de 10 a 20 minutos, e depois os foguetes são desligados e ejetados. A distância ao planeta visado deve ser também continuamente monitorada. Quanto mais afastado estiver o destino, mais energia é necessária para levar uma espaçonave a ele.

Enquanto o vôo ainda se encontra na atmosfera terrestre, influem no consumo de propelente algumas variáveis: vento, densidade e resistência do ar, gravidade, potência de propulsão dos foguetes e a taxa de fluxo de propelente, ou seja, o ritmo em que ele é consumido. Uma vez no espaço livre, distante o suficiente da força gravitacional da Terra, o cálculo da trajetória torna-se mais fácil. A gravidade é praticamente constante e não existem ventos e resistência do ar no trecho maior da órbita de transferência, onde a espaçonave está praticamente sob o efeito dominante da gravidade do Sol.

Os princípios da vela solar são bastante simples e conhecidos, consistindo na construção de uma vela grande e fina, mas resistente o suficiente para propelir uma nave com o fluxo contínuo de fótons vindo do Sol (a chamada ‘pressão solar’). Essa força, apesar de pequena, deve ser calculada com absoluta exatidão. Do contrário, a nave erraria o alvo por milhares de quilômetros. E deve-se ter em conta, também, que conforme a vela se afasta do Sol, menor é a pressão solar, de modo que uma nave com esse tipo de propulsão não pode ser usada em viagens muito distantes da fonte de energia luminosa, tal como aquela que é emitida pelo Sol.

Ciência Hoje 173, julho 2001 

 

Eduardo W. Bergamini e William O’Neil,
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais e
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology.

 

 

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