Motores inicos espaciais ficam 10 vezes mais potentes

Espao

Redação do Site Inovação Tecnológica – 30/01/2023

Motor inico de alta potncia

Os motores inicos no competiriam em nenhuma corrida de arrancada porque no so bons nisso; mas, uma vez em movimento, esse tipo de propulso eltrica garante uma acelerao constante, podendo finalmente atingir velocidades muito altas.

E, como requerem pouco combustvel – muito menos do que qualquer motor foguete qumico – eles tm sido a melhor escolha para sondas espaciais em misses de longa durao.

Mas parece que os motores inicos podero se tornar muito mais interessantes a partir de agora.

As teorias indicavam que esses motores, tambm conhecidos como propulsores Hall, precisariam ser proporcionalmente maiores conforme crescesse a necessidade de empuxo, ou seja, quanto mais fora, maior o tamanho do motor.

Agora, Leanne Su e seus colegas da Universidade de Michigan, nos EUA, demonstraram que propulsores Hall pequenos podem gerar muito mais impulso do que se calculava, potencialmente tornando-os candidatos para impulsionar misses interplanetrias.

Motor inico “turbinado”

O saber reinante at agora estabelecia que s se podia injetar uma quantidade de corrente eltrica por rea do motor. E, como a corrente eltrica que gera o plasma que sai pelo bocal e impulsiona o motor foguete, quanto mais energia se puder colocar, maior potncia ter o motor.

Su desafiou esse limite fazendo um propulsor Hall projetado para 9 quilowatts (kW) rodar com nada menos do que 45 kW, mantendo aproximadamente 80% de sua eficincia nominal. Isso representa multiplicar a fora gerada por unidade de rea do motor por um fator de quase 10.

“Ns batizamos nosso propulsor de H9 MUSCLE porque, essencialmente, pegamos o propulsor H9 e fizemos dele um muscle car,” disse a pesquisadora.

Propulso eltrica

Quer chamemos de propulsor de plasma ou motor inico, a propulso eltrica ainda nossa melhor aposta para viagens interplanetrias – pelo menos at a chegada dos motores foguete de propulso nuclear.

Mas esta tecnologia est em uma encruzilhada: Embora os propulsores Hall sejam uma tecnologia comprovada, um conceito alternativo, conhecido como propulsor magnetoplasmadinmico, promete colocar muito mais potncia em motores menores. No entanto, eles ainda no foram comprovados de vrias maneiras, sobretudo em termos de durabilidade.

Ante a concorrncia, os propulsores Hall comeavam a ser taxados de carta fora do baralho, devido aos limites do seu modo de funcionamento. O combustvel, normalmente um gs nobre como o xennio, move-se atravs de um canal cilndrico, onde acelerado por um campo eltrico, gerando empuxo na direo frontal conforme sai pelo bocal traseiro, como qualquer motor foguete. Mas, antes que o propulsor possa ser acelerado, ele precisa perder alguns eltrons para obter uma carga positiva.

Eltrons acelerados por um campo magntico para correr em um anel ao redor desse canal arrancam eltrons dos tomos do propelente e os transformam em ons carregados positivamente. No entanto, os clculos sugeriam que tentar injetar mais propelente atravs do motor faria com que os eltrons chispando na formao de anel seriam eliminados da formao, interrompendo o funcionamento do motor – seria como colocar na boca mais comida do que voc consegue mastigar.

Radiador para motor espacial

Um dos primeiros efeitos de tentar injetar mais propelente que o motor comea a esquentar muito. Su fez ento o que parecia mais razovel: Ela resfriou o motor com gua, para ver at que ponto conseguia aumentar a potncia do motor. Dos 9 kW nominais, ela chegou a 37,5 kW.

Usando criptnio, um gs mais leve, o motor suportou at 45 kW. Com uma eficincia geral de 51%, o motor atingiu um impulso mximo de cerca de 1,8 Newtons, equivalente a um propulsor Hall muito maior, da classe de 100 kW.

“Este um resultado meio maluco porque normalmente o criptnio tem um desempenho muito pior do que o xennio nos propulsores Hall. Portanto, muito legal e um caminho interessante ver que podemos realmente melhorar o desempenho do criptnio em relao ao xennio aumentando a densidade de corrente do propulsor,” disse Su.

Agora a equipe pretende desenvolver um mecanismo de resfriamento que possa ser usado no espao – aproveitar o frio do espao parece ser o caminho mais lgico. E os resultados obtidos agora j fazem os pesquisadores sonharem com motores inicos rodando em 100 e at 200 kW, montados em conjuntos para fornecer 1 MW de potncia para uma nave de explorao do espao profundo.

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