Espaço

Aviões hipersônicos vão se tornar realidade?

Com informações da BBC e da Reaction Engines - 16/04/2012

Os passageiros do avião hipersônico A2 não terão janelinhas à disposição porque o atrito da fuselagem com o ar fará a temperatura superar os 1.000 ºC.
[Imagem: Reaction Engines]

Era pós-Concorde

Quando o Concorde foi aposentado em 2003, o transporte aéreo supersônico tornou-se uma coisa do passado.

Mas logo começaram os trabalhos para projetar um avião de passageiros que possa ir mais longe e mais rápido o que o próprio Concorde.

Será que algum dia aviões supersônicos ou hipersônicos se tornarão uma realidade?

A Agência Espacial Europeia (ESA) está levando a sério a meta de criar um avião de passageiros hipersônico, que voe mais de cinco vezes mais rápido do que a velocidade do som, e seis vezes mais rápido do que um avião normal.

O projeto é muito mais ambicioso do que os testes de voo hipersônico mais recentes, feitos com protótipos que são basicamente motores estatojato, como o X-51A ou o HTV2, que atingiu Mach 20, ambos da NASA, ou o australiano HyCAUSE.

A própria Airbus tem seu conceito de avião hipersônico, chamado ZEHST.

Neil Armstrong, mais famoso por ter sido o primeiro homem a pisar na Lua, também pilotou o X-15.
[Imagem: NASA]

X-15

Se os planos forem adiante, não é a primeira vez que se tenta um voo hipersônico tripulado.

Em 1960, os testes foram feitos no X-15 - um híbrido meio avião, meio míssil - que transportava um piloto e que conseguiu voar por 90 segundos antes que o combustível do seu foguete acabasse.

Seus criadores acreditavam que esse teste era o anúncio de uma nova era, de uma era de uma aviação civil de alta velocidade.

Mas, mais de 50 anos depois, um avião de passageiros hipersônico ainda não foi construído, quanto menos testado.

A física dos voos hipersônicos

Agora, uma equipe liderada pela própria ESA, conhecida como Lapcat, está trabalhando em um avião chamado A2, que poderia decolar de onde o X-15 parou.

O problema é que a tecnologia necessária para superar a velocidade do som - conhecida como Mach 1 - é extremamente complexa.

"O número Mach é a chave", diz o especialista em aerodinâmica do Imperial College de Londres, Paul Bruce. "Quando você vai abaixo de Mach 1, e então passa a voar acima de Mach 1, a física muda."

"Quando você vai para Mach 5 ou 6, as leis começam a mudar mais uma vez," explica o engenheiro.

Em velocidades hipersônicas, gases e metais se comportam de forma muito diferente. Motores de avião que trabalham bem em velocidades subsônicas - cerca de Mach 0,85, ou 913 quilômetros por hora - não funcionam nesse regime.

Ocorre que um avião que pretenda voar cinco ou seis vezes mais rápido do que a velocidade do som também precisa de um motor que possa decolar, obviamente em velocidade subsônica, acelerar para supersônica, e atingir uma velocidade de cruzeiro hipersônica.

Outro problema é o calor. Quando o ar se move ao longo do chassi do avião em alta velocidade, o atrito faz com que sua temperatura suba muito rapidamente - a mais de 1.000 C, de forma que a camada externa do avião tem que ser construída para resistir a temperaturas muito altas.

Comparação das dimensões do A2 com o Airbus A380.
[Imagem: Reaction Engines]

Custo do hidrogênio

Mas será que haveria alguém disposto a pagar o preço da passagem de um avião hipersônico?

Muitos acreditam que não, e pesquisas indicam que as empresas, os maiores interessados em potencial, estão mais interessadas em economizar custos do que em ganhar algumas horas de seus executivos - que, de qualquer modo, continuam trabalhando em seus computadores e se comunicando por seus celulares durante as viagens.

A Reaction Engines, que faz parte do consórcio Lapcat, se defende dizendo que o custo de voo hipersônico deverá ser equivalente a uma passagem da atual classe de negócios.

Mas os céticos dizem que isto pressupõe a descoberta de alguma técnica nova e muito mais barata para produzir o combustível do A2, que deverá ser hidrogênio líquido.

Atualmente, para produzir hidrogênio suficiente para abastecer 10 voos hipersônicos diários do Reino Unido até a Austrália exigiria até 20% de toda a eletricidade disponível no Reino Unido, segundo um cálculo lá realizado.

Modelo do SABRE, um híbrido de turbina e motor foguete.
[Imagem: Reaction Engines]

Perto demais

Você pode se perguntar então, porque fazer cálculos do Reino Unido até Austrália, se rotas como Londres ou Paris até Nova Iorque são as principais rotas de negócios do mundo?

É porque o A2 não será capaz de voar da Europa para Nova Iorque porque a distância é curta demais para que ele alcance a altitude necessária.

Ainda assim, o projeto Lapcat já recebeu €10 milhões de financiamento da Comissão Europeia. O orçamento dura até 2013, quando a viabilidade do projeto será revista antes que possa continuar.

"Em 2013 conseguiremos demonstrar que a tecnologia crítica não é mais um ponto de bloqueio," afirma Johan Steelant, coordenador do projeto. "Mas é claro que existem diferentes sistemas e subsistemas que ainda precisam ser provados."

Os engenheiros acreditam que podem superar esses problemas, mas vai levar décadas: não se espera que o A2 voe antes de 2040.

Se o avião hipersônico A2 não decolar, a Reaction Engines pretende usar o conhecimento gerado no projeto de avião-foguete reutilizável, chamado Skylon, capaz de levar cargas até a Estação Espacial Internacional - mais um na lista de candidatos a sucessor dos ônibus espaciais.
[Imagem: Reaction Engines]

Como testar um avião hipersônico

Testar como os metais se comportam em altas velocidades é extremamente difícil.

Aviões subsônicos são testados em túneis de vento, mas soprar vento de um ventilador na velocidade hipersônica exigiria uma quantidade imensa de energia.

Como alternativa, engenheiros criaram uma arma de alta pressão que atira ar em um material de teste em alta velocidade.

Eles têm apenas alguns milissegundos para capturar o efeito usando fotografia de alta velocidade e sensores de temperatura.

Motor do avião hipersônico A2

A Reaction Engines projetou um motor híbrido que irá utilizar uma turbina, como a do Concorde, para a decolagem e para acelerar o avião até velocidades supersônicas.

Em seguida, um foguete é disparado, levando a aeronave a Mach 6 ou mais.

O conjunto, batizado de Sabre, será alimentado por hidrogênio líquido.

Ele vai queimar o hidrogênio puxando ar da atmosfera, dispensando tanques de oxigênio.

Números Mach

O número Mach é a velocidade de uma aeronave em relação à velocidade do som viajando pelo ar.

Mach 1 é a velocidade do som - cerca de 1.236 km/h, dependendo de vários fatores, incluindo temperatura e altitude.

Mach 2 é o dobro da velocidade de som, Mach 3 é três vezes a velocidade do som, e assim por diante, sempre levando em consideração os demais fatores.