Novo sistema de propulsão pode tornar pequenos satélites rápidos e econômicos em combustível

O Futuro da Propulsão Espacial

Engenheiros do MIT estão testando um novo sistema de propulsão que combina a potência e velocidade dos tradicionais propulsores químicos com a precisão e eficiência de combustível dos propulsores elétricos. Este sistema promete permitir a criação de pequenos satélites mais ágeis e flexíveis, capazes de realizar manobras rápidas e poderosas, bem como ajustes lentos e precisos, de acordo com a missão e o momento necessários.

A Chave do Novo Sistema

A base do novo sistema é um propulsor especial que pode abastecer tanto propulsores químicos quanto elétricos, que, tradicionalmente, necessitam de fontes de combustível separadas e volumosas.

“Se você pode ter propulsão química e elétrica em um único pacote pequeno, é o melhor de dois mundos,” afirma Amelia Bruno, ex-pesquisadora pós-doutoral no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT. “Isso abre portas para que pequenos satélites realizem ainda mais ciência, mais observações e missões mais interessantes, tudo em uma plataforma menor e mais barata.”

Impulsionando o Futuro com Propulsores Eletrospray

Bruno é a autora principal de um estudo publicado esta semana no Journal of Propulsion and Power, que demonstra que um tipo de “monopropelente verde” originalmente desenvolvido pela Força Aérea dos EUA para uso em propulsão química no espaço também pode efetivamente alimentar pequenos propulsores “eletrospray”. Esses propulsores são foguetes do tamanho de uma moeda que utilizam campos elétricos para carregar as partículas de um propelente líquido, que são, então, lançadas ao espaço como um spray gerador de empuxo.

Combinação de Potência e Precisão

Os propulsores eletrospray oferecem uma eficiência de combustível extremamente alta e podem realizar manobras lentas e precisas, como empurrar uma pequena espaçonave aos poucos em uma longa jornada interplanetária. Em contraste, os propulsores químicos requerem um grande suprimento de combustível para realizar explosões curtas e rápidas, por exemplo, para ascender e descer rapidamente, ou acelerar e desacelerar. Agora que a equipe do MIT encontrou um propelente que pode abastecer ambos os tipos de propulsores, eles veem um grande potencial para naves espaciais pequenas.

Colaboração com a NASA

A equipe está colaborando com a NASA para lançar a missão Green Propulsion Dual Mode — um CubeSat do tamanho de uma maleta que carregará um propulsor químico e quatro propulsores eletrospray, todos alimentados por um único tanque de propelente. A missão será a primeira a testar um sistema de propulsão dois-em-um para espaçonaves pequenas. Se bem-sucedida, Bruno acredita que a missão poderá abrir caminhos para pequenos satélites explorarem além da órbita da Terra.

Exploração Espacial Ampliada

“Poderíamos enviar CubeSats para Marte, ou para o cinturão de asteroides, onde poderiam realizar a jornada lentamente usando propulsores eletrospray,” explica Paulo Lozano, Professor Miguel Alemán Velasco de Aeronáutica e Astronáutica no MIT. “Você poderia, então, usar seus propulsores químicos para se mover rapidamente e observar características interessantes. Teríamos muito mais flexibilidade para fazer muito mais coisas.”

Miniaturização da Propulsão

O grupo de Lozano no MIT projeta, fabrica e testa propulsores eletrospray para satélites que variam de tamanho, desde o de uma caixa de almoço até o de uma pequena mala de mão. Comparados aos satélites convencionais, esses microsatélites são significativamente menores e mais baratos para serem lançados ao espaço.

No entanto, naves espaciais menores exigem tudo menor, incluindo sistemas de propulsão. Nesse aspecto, os propulsores eletrospray são uma boa opção. Os propulsores desenvolvidos por Lozano são do tamanho de uma unha. Cada propulsor fica em cima de um pequeno reservatório de propelente líquido iônico. Quando o reservatório está conectado a uma bateria, a bateria fornece uma certa quantidade de tensão que carrega eletricamente uma quantidade correspondente de íons no líquido. As partículas carregadas são então canalizadas para fora do reservatório, através das pontas do propulsor e para o espaço como um spray que induz empuxo.

Conclusão: Um Olhar para o Futuro

Nos últimos dez anos, Lozano testou muitos designs de propulsores, sob várias condições e com diversos tipos de propelentes líquidos iônicos — um combustível que é essencialmente feito de sais que podem permanecer em forma líquida. “Os líquidos iônicos são muito estáveis e podem até permanecer um líquido no espaço, o que não é muito comum,” destaca Bruno. “E é basicamente um mar de íons, que é por isso que baseamos nossa tecnologia nisso, para poder extrair esses íons em um eletrospray.”

Bruno e Lozano colaboraram com a Força Aérea dos EUA, que sintetizou um novo tipo de propelente líquido iônico — o Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic (ASCENT) — que estava sendo testado em propulsores químicos. Os propulsores químicos são sistemas de propulsão de alta força, tipicamente associados ao lançamento de foguetes e à realização de manobras drásticas e rápidas no espaço. O ASCENT foi projetado como uma alternativa “verde” e menos tóxica ao hidrazina, que tem sido a fonte tradicional de combustível para propulsão química e é extremamente perigosa de manusear.

Com o potencial imenso à frente, o desenvolvimento de tecnologias de propulsão inovadoras como essas poderá revolucionar a exploração espacial, permitindo que pequenas naves espaciais realizem missões antes impensáveis, cumprindo promessas de um futuro onde a exploração do espaço é acessível e dinâmica.