Espaço

Construindo melhores motores de foguete

Patrick L. Barry - Science@NASA - 19/10/2005

Quando você pensa sobre a tecnologia dos foguetes do futuro, você provavelmente se lembra da propulsão iônica, motores de antimatéria e outros conceitos exóticos.

Não vá tão rápido! O capítulo final dos tradicionais foguetes a combustível líquido ainda está por ser escrito. Estão sendo feitas pesquisas para a construção de uma nova geração de foguetes a combustível líquido que poderão dobrar o desempenho dos foguetes atuais, além de permitir melhorias na segurança.

Robert Goddard e um foguete a combustível líquido dos anos 1920.

Foguetes a combustível líquido são utilizados há muito tempo: o primeiro lançamento desse tipo foi feito em 1926 por Robert H. Goddard. Aquele foguete simples produzia não mais do que 20 libras de empuxo, suficientes para levá-lo a uma altitude de cerca de 13 metros. Como comparação, os três motores dos ônibus espaciais, também alimentados por combustível líquido, podem produzir um empuxo total de 1,5 milhão de libras a caminho da órbita da Terra.

Você poderia imaginar que, hoje, tudo o que poderia ser melhorado em um foguete a combustível líquido já foi feito. Você estaria errado. Há ainda muito a se aperfeiçoar.

Coordenados pela Força Aérea dos Estados Unidos, um grupo de cientistas da NASA e de diversas indústrias-parceiras já estão trabalhando em motores mais eficientes. O projeto, chamado Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technologies (Tecnologias Integradas de Propulsão de Foguetes de Alto Rendimento), está trabalhando em muitos melhoramentos possíveis. Um dos mais promissores é um novo esquema para o fluxo do combustível.

A idéia básica por trás de um foguete de combustível líquido é incrivelmente simples. Um combustível e um oxidante, ambos em estado líquido, são injetados em uma câmara de combustão e postos para queimar. Por exemplo, os ônibus espaciais utilizam hidrogênio líquido como combustível e oxigênio líquido como oxidante. Os gases quentes produzidos pela combustão escapam rapidamente pelo bocal em formato de cone, produzindo o empuxo.

Os detalhes, é claro, são muito mais complicados. Por exemplo, o combustível e o oxidante devem ser injetados na câmara muito rapidamente e sob enorme pressão. Os motores dos ônibus espaciais poderiam esvaziar uma piscina olímpica cheia de combustível em apenas 25 segundos!.

Essa torrente de combustível é gerada por uma turbo-bomba. Para alimentar a turbo-bomba, uma pequena quantidade de combustível é "pré-queimada", gerando gases quentes que fazem a bomba funcionar e, por sua vez, leva o restante do combustível para a câmara de combustão principal. Um processo similar é utilizado para bombear o oxidante.

Os foguetes a combustível líquido de hoje enviam apenas uma pequena quantidade de combustível e oxidante para os pré-queimadores. O maior volume flui diretamente para a câmara de combustão principal, passando inteiramente por fora dos pré-queimadores.

Uma renderização do IPD - Integrated Powerhead Demonstrator), mostrando suas conexões para levar o combustível e o oxidante até a câmara de combustão.

Uma das principais inovações sendo testadas pela NASA é enviar todo o combustível e oxidante através dos seus respectivos pré-queimadores. Somente uma pequena quantidade será consumida aí - apenas o suficiente para girar os turbos; o resto passará direto, indo para a câmara de combustão.

Esse "ciclo de fluxo completo" tem uma importante vantagem: com mais massa passando através da turbina que movimenta a turbo-bomba, ela girará mais, conseguindo gerar pressões muito mais elevadas. Altas pressões equivalem a um melhor desempenho do foguete.

Esse projeto nunca foi utilizado em um foguete norte-americano, assegura Gary Genge, do Centro de Vôos Espaciais Marshall, da NASA. Genge é o coordenador do projeto IPD (Integrated Powerhead Demonstrator), um motor de testes que deverá avaliar esses novos conceitos.

"Esses designs que estamos explorando poderão melhorar o desempenho de muitas formas," diz Genge. "Nós esperamos melhor eficiência do combustível, uma mais elevada taxa empuxo/peso, maior segurança - tudo a custo mais baixo."

"Nesta fase do projeto, entretanto, nós estamos apenas tentando fazer com que este fluxo alternativo funcione adequadamente," completa ele.

Eles já atingiram um objetivo-chave: um motor funcionando a temperaturas mais baixas. "Turbo-bombas utilizando padrões de fluxo tradicionais podem se aquecer a até 1.800º C," diz Genge. Isto representa um enorme stress termal sobre o motor. A turbo-bomba de "fluxo total" é fria porque, com mais massa passando através dela, pode-se utilizar temperaturas mais baixas e, ainda assim, atingir-se bom desempenho. "Nós baixamos a temperatura em várias centenas de graus," diz ele.

O motor-foguete IPD é considerado apenas uma bancada de testes para novas idéias, segundo Genge. Mas, se o projeto tiver sucesso, alguns dos melhoramentos do IPD poderão ser incorporados nos veículos de lançamento do futuro.

Quase cem anos e milhares de lançamentos depois de Goddard, os melhores foguetes a combustível líquido ainda estão por serem criados.