Novo motor magnético levará naves mais rápido e mais longe

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/01/2021

Fatima Ebrahimi posa diante da concepção artística de uma nave para viagens espaciais de longa duração.
[Imagem: Elle Starkman/PPPL/ITER]

Motor-foguete

Um novo tipo de motor-foguete pode ajudar a levar a humanidade para além das cercanias da Terra.

Esta é a proposta de Fatima Ebrahimi, do Laboratório Princeton de Física do Plasma, nos EUA.

O novo motor é uma variação dos conhecidos motores iônicos, já usados em várias missões.

A diferença é que, em lugar da eletricidade usada para acelerar o plasma nos motores iônicos atuais, o novo motor usará magnetismo.

Os campos magnéticos serão usados para fazer com que partículas de plasma - um gás eletricamente carregado, também conhecido como quarto estado da matéria - sejam ejetadas para fora do foguete e, por causa da conservação do momento, impulsionem o veículo para frente.

O conceito envolve acelerar as partículas do plasma usando a reconexão magnética, um processo encontrado em todo o Universo, incluindo a superfície do Sol, onde as linhas do campo magnético convergem, separam-se repentinamente e depois se unem novamente, produzindo muita energia. A reconexão também ocorre dentro dos reatores de fusão nuclear em forma de anel, conhecidos como tokamaks.

"Eu venho cozinhando esse conceito há algum tempo," disse Ebrahimi. "Tive a ideia em 2017 enquanto estava sentada em uma varanda e pensando sobre as semelhanças entre o escapamento de um carro e as partículas de escapamento de alta velocidade criadas pelo Experimento Nacional Torus Esférico (NSTX), o precursor da principal instalação de fusão do laboratório. Durante sua operação, este tokamak produz bolhas magnéticas, chamadas plasmoides, que se movem a cerca de 20 quilômetros por segundo, o que me pareceu um bocado com um impulso."

Princípio de funcionamento do motor alfvênico, em que campos magnéticos ejetam o plasma para produzir empuxo.
[Imagem: Fatima Ebrahimi]

Motor de plasma magnético

Os atuais motores de plasma, que usam campos elétricos para impulsionar as partículas, produzem um impulso específico muito baixo, o que limita seu uso a naves sem muita pressa, que podem aguardar longos períodos de aceleração, até atingir uma velocidade razoável.

Mas as simulações feitas em computador por Ebrahimi indicam que seu novo conceito pode gerar escapes do motor com velocidades de centenas de quilômetros por segundo, o que é pelo menos 10 vezes mais do que os motores iônicos atuais.

Esse ganho deve-se às chamadas ondas de Alfvén (Hannes Alfvén [1908-1995]), um tipo de onda magnetohidrodinâmica de baixa frequência que se propaga na direção do campo magnético, através da oscilação dos íons no plasma - por isso Ebrahimi chama seu conceito de "motor alfvênico".

"As viagens de longa distância levam meses ou anos porque o impulso específico dos motores de foguetes químicos é muito baixo, então a nave demora um pouco para ganhar velocidade," disse ela. "Mas se fizermos propulsores baseados na reconexão magnética, poderemos concluir missões de longa distância em um período de tempo mais curto."

Os plasmoides são um elemento importante para o ganho de potência do motor magnético de plasma.
[Imagem: Fatima Ebrahimi]

Vantagens do motor iônico magnético

O conceito de motor iônico magnético tem algumas outras vantagens.

A primeira delas é que é possível acelerar e desacelerar o motor-foguete, o que pode ser feito simplesmente variando a intensidade dos campos magnéticos aplicados.

Além disso, o novo propulsor produz movimento ejetando não apenas as partículas de plasma, mas também as tais bolhas magnéticas, ou plasmoides, que adicionam potência à propulsão.

Finalmente, ao contrário dos motores iônicos elétricos, os campos magnéticos no conceito de Ebrahimi permitem que o plasma dentro do propulsor consista em átomos pesados ou leves, uma flexibilidade que permitirá ajustar a quantidade de impulso para cada missão específica. "Enquanto outros propulsores requerem gás pesado, feito de átomos como o xenônio, neste conceito você pode usar qualquer tipo de gás que quiser," disse Ebrahimi. E gases mais leves são interessantes porque átomos menores podem se mover mais rapidamente.

"O próximo passo é construir um protótipo," anunciou a pesquisadora.

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