Spin Launch, uma startup aeroespacial, está desenvolvendo uma tecnologia para lançar um projétil colocando-o em uma grande centrífuga a vácuo, girando-o rapidamente e lançando-o. Desenvolvido por SpinLaunch
Quando se pensa em um lançamento ao espaço, a maioria das pessoas pensa em um “foguete” que emite um intenso flash de luz. A razão pela qual um foguete poderoso que possa superar a gravidade da Terra é necessário para enviar algo ao espaço é atingir rapidamente a velocidade orbital para orbitar ao redor da Terra ou a velocidade de escape para escapar do campo gravitacional. A Estação Espacial Internacional, que orbita a uma altitude média de 430 quilômetros, deve manter uma velocidade de 7,7 quilômetros por segundo para permanecer em órbita.
O combustível representa 80-90% do peso total do míssil. Lançar um foguete pode ser a realização de um sonho porque o espetáculo de lançamento em si é magnífico, mas quando visto de outra forma, levanta a questão: “Isso não é um enorme desperdício de combustível?” Além disso, uma vez que são utilizados principalmente combustíveis fósseis, vários tipos de gases de escape e materiais residuais libertados após o lançamento causam imediatamente o aquecimento global e efeitos adversos na saúde. Portanto, tecnologias amigas do ambiente estão a ser desenvolvidas como alternativa, mas há muitas barreiras técnicas a ultrapassar.
Quando se pensa em um lançamento ao espaço, a maioria das pessoas pensa em um “foguete” que emite um intenso flash de luz. Fornecido pelo banco de imagens Getty
Vejamos os foguetes de hidrogênio como um exemplo representativo. Sabe-se que quando o hidrogênio se combina com o oxigênio e queima, apenas água é liberada, mas isso só acontece quando a combustão ocorre em baixa temperatura. Devido à natureza dos foguetes, o hidrogênio deve queimar em altas temperaturas e cerca de 80% da atmosfera é nitrogênio.
Portanto, quando ocorre combustão em alta temperatura na atmosfera, óxidos de nitrogênio (NOx), um poluente ambiental, são inevitavelmente liberados. É claro que os foguetes de hidrogénio têm um impacto ambiental muito menor do que os foguetes de combustível fóssil existentes.
Vários métodos estão sendo desenvolvidos para reduzir ligeiramente o uso de combustível desses mísseis. No final, não serão utilizados mísseis, mas o princípio do método atualmente em desenvolvimento é geralmente o mesmo. Antes de um foguete entrar em ignição, a energia cinética é aumentada antecipadamente usando velocidade ou energia potencial.
No futuro, espera-se que o método de lançamento aéreo seja comercializado mais rapidamente como um método de lançamento de foguetes que reduz os combustíveis fósseis. Embora a Virgin Orbit, empresa representativa em questão, tenha falido em maio deste ano, a tecnologia que utiliza ainda é válida. Se você anexar um foguete a uma aeronave grande, levá-lo a uma certa altitude e velocidade e, em seguida, lançá-lo a partir daí, poderá economizar muita energia e combustível.
Além disso, no caso de mísseis existentes, o local e a direção do lançamento devem ser especificados, incluindo danos a áreas residenciais, mas o lançamento aéreo é gratuito aqui. É claro que os lançamentos marítimos estão a ser considerados, em muitos aspectos, como uma alternativa às deficiências dos lançamentos terrestres. Esta é uma boa alternativa à Coreia, onde o local de lançamento é limitado por razões geopolíticas.
A tentativa de lançamento aéreo da Virgin Orbit foi recebida com críticas de um ponto de vista crítico: “O próprio avião não é um propulsor para o primeiro estágio?” O método final para lançamento aéreo usando uma aeronave é o Single Stage to Orbit (SSTO). Você voa como um avião, vai para o espaço e, após completar sua missão, voa como um avião ou planador e volta. No entanto, isso ainda está em pesquisa e não há exemplos práticos.
Embora inicialmente se tenha falado em lançar um lançamento aéreo usando um balão ou balão de ar quente, é difícil controlar a direção ou posição do balão flutuante. Mesmo que o dispositivo seja um tanto controlável, a baixa velocidade é um obstáculo que deve ser superado.
Outro método possível é a técnica de “lançamento rápido”. O princípio não é muito diferente de atirar pedras. A SpinLaunch, empresa que exemplifica esse método, possui tecnologia que suspende um veículo lançador carregando uma carga em um braço grande, gira-o em alta velocidade e o lança ao céu quando atinge uma determinada velocidade.
De acordo com as informações atualmente disponíveis, a velocidade de lançamento do veículo lançador a partir do dispositivo terrestre ultrapassa 2 quilômetros por segundo, e o míssil é acionado quando atinge uma altitude de 60 quilômetros, aumentando a velocidade de entrada em órbita. Mas o problema é que a força centrífuga não pode ser evitada, porque a velocidade aumenta através do movimento rotacional. Além disso, a aceleração centrífuga máxima chega a 10.000 g.
Portanto, as pessoas nunca poderão montá-lo, e a carga dentro dele não tem escolha a não ser projetá-lo mais forte e mais pesado para suportar essa aceleração centrífuga. Em vez disso, de acordo com a explicação da empresa, os custos de lançamento poderiam ser implementados 20 vezes mais baratos do que o custo atual.
À primeira vista, pode parecer que qualquer um pode lançar facilmente, mas é necessária uma técnica de controle precisa para lançar o projétil na direção de saída do local especificado após atingir a velocidade alvo. Para referência, uma velocidade de disparo de 2 km por segundo é muito mais rápida do que uma bala ou projétil, então você quase pode imaginar como é importante ter uma técnica de controle precisa para disparar com precisão enquanto gira em alta velocidade.
O conceito de “lançar” um projétil como uma bala de canhão acelerando em linha reta desde o início, em vez de converter o movimento rotacional em linha reta e lançá-lo, apareceu na verdade no romance de Júlio Verne, Da Terra à Lua, no século XIX. final do século XIX. Desde então, muitas ideias detalhadas foram desenvolvidas em nível de laboratório, mas existem muitas limitações devido à necessidade de resistir à aceleração rápida de quase impacto durante o processo de lançamento e à necessidade de instalações que exijam um canhão muito longo.
No entanto, há muita pesquisa sendo feita sobre a aceleração de balas de metal ou projéteis com ondas eletromagnéticas em vez de pólvora, então o dia em que a fantasia de Berna se tornará realidade chegará em breve.
Este é um desenho criado pela Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) que imagina uma estação de acesso a um elevador espacial que seria instalada em órbita geoestacionária a uma altitude de 36 mil km. Fornecido pela NASA
A solução definitiva que não usa foguetes é um elevador espacial. Foi projetado com uma ideia muito científica por Konstantin Tsiolkovsky, um pioneiro russo da engenharia espacial. Esse conceito mais tarde se popularizou ao aparecer diversas vezes nas obras de Arthur Clarke, mestre dos romances de ficção científica.
O método de construção mais avançado estudado até o momento envolve baixar cordas até a Terra a partir de fora da órbita geoestacionária, em vez de construí-las por baixo. Por outras palavras, o princípio não é suportar um peso enorme vindo de baixo, mas sim suportar a tensão vinda de cima.
O problema é que, até agora, os nanotubos de carbono de alta pureza são o único material capaz de suportar a tensão de uma estrutura maciça com mais de 36 mil quilómetros de comprimento. Ainda não existe uma maneira de fabricar esse material de carbono de alta pureza em quantidades grandes e longas o suficiente para ser prático para uso em elevadores espaciais.
Embora ainda não tenha surgido nenhuma maneira prática de escapar da gravidade da Terra além dos foguetes de propulsão química, muitos desafios ainda persistem em várias partes da Terra. Mesmo para as empresas que visam o lucro, os esforços para proteger o ambiente global e realizar sonhos fantásticos continuam.
※Introdução do autor
Sangdon Kim, gerente da filial da Starburst Coreia Ele se formou no Departamento de Engenharia Aeronáutica da Universidade Nacional de Seul e fez mestrado em aerodinâmica pela mesma escola de pós-graduação. Depois disso, trabalhou na KAI por 12 anos em desenvolvimento de aeronaves e marketing internacional, após o que se mudou para França para gerir a VMTS, uma empresa de comunicações móveis. A partir de 2010, ele desenvolveu o negócio de turbinas a gás para aeronaves e navios na subsidiária coreana da Rolls-Royce durante sete anos. Desde 2021, ele é gerente da filial coreana da Starburst, uma aceleradora global de aviação e empresa de investimentos.
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