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Engenheiros aeroespaciais do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) estão testando um novo conceito para um veículo espacial flutuante, que levita aproveitando a carga natural da Lua. Com base nesse projeto, um rover levitando poderá explorar o satélite natural da Terra, asteroides e outras superfícies planetárias sem ar em algum momento no futuro.
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Como não possui atmosfera, a Lua e outros corpos sem ar – como asteroides – podem criar um campo elétrico por meio da exposição direta ao Sol e ao plasma circundante. Na Lua, essa carga superficial é forte o suficiente para levitar a poeira a mais de 1 metro do solo (da mesma forma que a eletricidade estática pode causar arrepios nos cabelos de uma pessoa).
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Engenheiros da Nasa e de outros lugares propuseram recentemente o aproveitamento dessa carga natural de superfície para levitar um planador com asas feitas de mylar. Este material consiste em uma película de poliéster com resistência ao calor e propriedades isolantes, que possui naturalmente a mesma carga que as superfícies de corpos sem ar.
O veículo conceito da pesquisa do MIT se assemelha a um disco voador ao “estilo retrô”. Ele usa minúsculos feixes de íons como propulsores e para aumentar a carga natural da superfície. O efeito geral é projetado para gerar uma força repulsiva relativamente grande entre o veículo e o solo, de uma forma que requer muito pouca energia.
Feixes de íon para o veículo levitar
Em um estudo de viabilidade inicial, os pesquisadores observaram que a carga de íons deve ser forte o suficiente para levitar um pequeno veículo de um pouco mais que 90 gramas na Lua e em grandes asteroides, como Psique. O projeto da equipe de engenheiros do MIT faz uso de propulsores de íons em miniatura, conectados a um reservatório contendo líquido iônico na forma de sal fundido à temperatura ambiente. Quando uma tensão é aplicada, os íons do líquido são carregados e emitidos com uma certa força como um feixe através dos bicos.
Para testar a ideia, a equipe inicialmente modelou um pequeno rover em forma de disco com propulsores de íons que carregavam o veículo sozinho. Os pesquisadores modelaram os propulsores para enviar íons com carga negativa para fora do rover, dando a ele uma carga positiva, semelhante à superfície da Lua. Porém, foi observado que isso não era o suficiente para tirar o veículo do chão.
Apontando propulsores adicionais para o solo e enviando íons positivos para amplificar a carga da superfície, a equipe concluiu que o impulso poderia produzir uma força maior contra o veículo espacial, o suficiente para levitá-lo. Os engenheiros elaboraram um modelo matemático simples para o cenário e descobriram que, em princípio, poderia funcionar.
Com base neste modelo simples, a equipe do MIT previu que um pequeno rover, pesando cerca de um quilo, poderia atingir a levitação de cerca de um centímetro do solo, em um grande asteróide como Psique, usando uma fonte de íons de 10 quilovolts. Para obter uma decolagem semelhante na Lua, o mesmo rover precisaria de uma fonte de 50 quilovolts.
Testes em laboratório
Para ter certeza de que o modelo representava o que poderia acontecer em um ambiente real no espaço, os pesquisadores executaram um cenário simples em laboratório. Eles desenvolveram um pequeno veículo de teste hexagonal, pesando cerca de 60 gramas e medindo aproximadamente o tamanho da palma da mão de uma pessoa.
Foi instalado um propulsor iônico apontando para cima e quatro apontando para baixo, e então os pesquisadores suspenderam o veículo sobre uma superfície de alumínio de duas molas calibradas para neutralizar a força gravitacional da Terra. Toda a configuração foi colocada dentro de uma câmara de vácuo para simular o ambiente sem ar da Lua e asteroides.
Os pesquisadores também suspenderam uma haste de tungstênio nas molas do experimento e usaram seu deslocamento para medir quanta força os propulsores produziram cada vez que foram disparados. Eles aplicaram várias tensões aos propulsores e mediram as forças resultantes, que então usaram para calcular a altura que o veículo sozinho poderia ter levitado.
Os resultados experimentais combinavam com as previsões do mesmo cenário de modelo. Em outras palavras, as previsões para pairar um rover sobre o asteroide Psique ou sobre a Lua se mostraram realistas.
Benefícios de um veículo espacial flutuante
O modelo atual é projetado para prever as condições necessárias para simplesmente alcançar a levitação (no caso, o veículo de 90 gramas levitou cerca de 1 centímetro do solo). Os propulsores de íons poderiam gerar mais força com maior voltagem para levantar um veículo mais alto.
“Com um veículo espacial levitando, você não precisa se preocupar com rodas ou peças móveis”, diz Paulo Lozano, engenheiro aeroespacial, professor do MIT e um dos co-autores do projeto. “O terreno de um asteroide pode ser totalmente irregular, e contanto que você tenha um mecanismo controlado para manter seu rover flutuando, então você pode passar por um terreno muito acidentado e inexplorado, sem ter que se esquivar fisicamente.
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