Novo Propulsor Iônico quebra recordes de desempenho

Protótipo de propulsor iônico quebra recordes em testes e poderia enviar seres humanos para Marte

Scott Hall faz alguns ajustes finais para o propulsor de iões X3
 na Universidade de Michigan antes de um teste. Crédito: NASA

Um propulsor, que está sendo desenvolvido para uma futura missão da NASA para Marte, quebrou vários recordes durante testes recentes, sugerindo que a tecnologia está no bom caminho para levar os humanos ao Planeta Vermelho nos próximos 20 anos, disseram membros da equipe do projeto.

O propulsor X3, projetado por pesquisadores da Universidade de Michigan, em cooperação com a NASA e a Força Aérea dos EUA, é um propulsor Hall - um sistema que impulsiona a espaçonave acelerando uma corrente de átomos carregados eletricamente, conhecidos como íons. Na recente demonstração realizada no Centro de Pesquisa Glenn da NASA em Ohio, o X3 quebrou recordes para o máximo de potência, impulso e corrente operacional alcançados por um propulsor Hall até a data, de acordo com a equipe de pesquisa da Universidade de Michigan e representantes da NASA.

"Nós mostramos que o X3 pode operar com mais de 100 kW de potência", disse Alec Gallimore, que lidera o projeto, em entrevista à Space.com. "Ele funcionou em uma enorme variedade de energia de 5 kW a 102 kW, com corrente elétrica de até 260 amperes. Ele gerou 5,4 Newtons de impulso, que é o maior nível de impulso alcançado por qualquer propulsor de plasma até o momento", acrescentou Gallimore , que é decano de engenharia da Universidade de Michigan. O recorde anterior era de 3,3 Newtons, de acordo com a escola.

Os propulsores Hall e outros tipos de motores de íons usam eletricidade (geralmente gerada por painéis solares) para expelir o plasma - uma nuvem semelhante a gás de partículas carregadas - para fora de um bico, gerando impulso. Esta técnica pode impulsionar a nave espacial a velocidades muito maiores do que conseguem os foguetes de propulsão química, de acordo com a NASA .

É por isso que os pesquisadores estão tão interessados ​​na aplicação potencial de propulsão iónica para viagens espaciais de longa distância. Considerando que a velocidade máxima que pode ser alcançada por um foguete químico é de cerca de 5 quilômetros por segundo, um propulsor Hall poderia obter uma aceleração de até 40 quilômetros por segundo, disse Gallimore.

Os motores de íons também são conhecidos por ser mais eficientes do que os foguetes de motor químico, com o que Gallimore descreveu como uma melhor relação "milhas por galão". Uma nave espacial com propulsão de Hall pode levar carga e astronautas para Marte usando muito menos propelente do que um foguete químico, disse ele. (Um propelente comum para propulsores de íons é xenônio, na verdade, a nave espacial Dawn da NASA , que atualmente está em órbita do planeta anão Ceres, usa esse gás.)

"Você pode pensar em propulsão elétrica como tendo 10 vezes as milhas por galão a mais, em comparação com a propulsão química", disse Gallimore à Space.com.

O problema com os propulsores de íons, no entanto, é que eles geram um impulso muito baixo e, portanto, devem operar por um longo tempo para acelerar uma nave espacial a altas velocidades, de acordo com a NASA. (Além disso, os propulsores de íons não são poderosos o suficiente para superar a atração gravitacional da Terra, portanto não podem ser usados ​​para lançar a nave espacial).

"Os sistemas de propulsão química podem gerar milhões de kilowatts de energia, enquanto os sistemas elétricos existentes só conseguem 3 a 4 quilowatts", disse Gallimore. Os propulsores Hall comercialmente disponíveis não são suficientemente poderosos o suficiente para impulsionar uma nave tripulada para Marte, acrescentou.

"O que precisamos para a exploração humana é um sistema que pode processar algo como 500.000 watts (500 kW), ou mesmo um milhão de watts ou mais", disse Gallimore. "Isso é algo como 20, 30 ou mesmo 40 vezes o poder dos sistemas convencionais de propulsão elétrica ". É lá que entra o X3. Gallimore e sua equipe estão abordando o problema de energia, tornando o propulsor maior do que esses outros sistemas e desenvolvendo um design que aborda uma das falhas da tecnologia.

Uma foto lateral do propulsor de ions X3
disparando a 50 quilowatts. Crédito: NASA

"Nós descobrimos que, em vez de ter um canal de plasma, onde o plasma gerado é expelido do propulsor e produz impulso, temos que ter vários canais no mesmo propulsor", disse Gallimore. "Nós chamamos isso de canal aninhado".

De acordo com Gallimore, o uso de três canais permitiu que os engenheiros tornassem o X3 muito menor e mais compacto do que um propulsor Hall de canal único equivalente deveria ser.

A equipe da Universidade da Michigan vem trabalhando na tecnologia em cooperação com a Força Aérea desde 2009. Primeiro, os pesquisadores desenvolveram um propulsor de dois canais, o X2, antes de passar para o X3 mais poderoso, que tem três canais.

Em fevereiro de 2016, a equipe se associou ao fabricante de foguetes com sede na Califórnia, Aerojet Rocketdyne, que está desenvolvendo um novo sistema de propulsão elétrica , chamado XR-100, para NASA Next Space Technologies for Exploration Partnerships ou programa NextSTEP . O propulsor X3 é a parte central do sistema XR-100.

Scott Hall, um Ph.D. estudante da Universidade de Michigan que trabalhou no projeto X3 nos últimos cinco anos, disse que o trabalho tem sido bastante desafiador devido ao tamanho do propulsor.

"É pesado - 500 libras [227 quilos]. Tem quase um metro de diâmetro", disse Hall. "A maioria dos propulsores do Salão são o tipo de coisa que uma ou duas pessoas podem pegar e levar passear ao redor do laboratório. Para mover o X3 precisamos de um guindaste".

No próximo ano, a equipe executará um teste ainda maior, que visa provar que o propulsor pode operar a plena potência por 100 horas. Gallimore disse que os engenheiros também estão projetando um sistema especial de blindagem magnética para manter o plasma longe das paredes do propulsor evitando danos e permitindo que o propulsor funcione de forma confiável por períodos de tempo ainda mais longos. 

Gallimore disse que, sem a blindagem, uma versão de vôo X3 provavelmente começaria a ter problemas após várias mil horas em operação. Uma versão blindada magneticamente pode ser usada por vários anos com força total, de acordo com Gallimore.

Fonte: Space.com

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