Cabo preso em asteroide funciona como estilingue para impulsionar naves espaciais


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Com informações da Agência Fapesp – 14/08/2019

Cabo preso em asteroide funciona como estilingue para impulsionar naves espaciais

A manobra espacial para mudar a rota e at mesmo enviar naves para alm do Sistema Solar foi simulada usando o asteroide Apophis, que vai passar bem perto da Terra em 2029.
[Imagem: NASA]

Naves com cabos

Um veculo espacial conectado a um cabo de 100 quilmetros de comprimento, ancorado em um asteroide. Preso por esse cabo espacial, o veculo pode ter sua trajetria direcionada para seu objetivo.

A energia ganha durante o processo de rotao, at o momento em que a nave finalmente se desconecta, pode no apenas impulsion-la em outra direo sem gastar combustvel, mas at mesmo permitir que ela se lance alm do Sistema Solar.

A ideia de Alessandra Ferraz Ferreira, da Unesp (Universidade Estadual Paulista) de Guaratinguet, que ganhou o prmio de projeto mais inovador durante uma conferncia realizada na Espanha.

E Alessandra no estava sozinha: Foram mais de 70 trabalhos apresentados sobre o mesmo tema durante Sexta Conferncia Internacional sobre Cabos Espaciais, realizada pela Universidade Carlos III, em Madri, na Espanha.

Estilingue espacial

Usar um corpo celeste para acelerar uma nave algo corriqueiro, com vrias naves j tendo usado a chamada “assistncia gravitacional”, em que a nave passa de raspo por um planeta ou lua, sendo acelerada por sua gravidade.

Cabo preso em asteroide funciona como estilingue para impulsionar naves espaciais

O satlite ancorado TSS chegou a ser lanado, mas um arco voltaico criado pelo cabo acabou destruindo o veculo.
[Imagem: NASA]

A manobra proposta por Alessandra conhecida como “manobra com estilingue com cabo”, ou TSSM (Tethered Slingshot Maneuver), e visa aproveitar corpos menores, como asteroides ou mesmo cometas, que receberiam um cabo rgido – a rigor, uma haste muito fina – com 100 quilmetros de comprimento.

“A ideia fixar uma das pontas de um cabo na superfcie de um corpo, como um asteroide, e na outra extremidade ter um dispositivo de recebimento. Ento lana-se, por exemplo, um satlite ou outro objeto na direo desse corpo e, quando chegar posio em que est o dispositivo de recebimento, ele se conecta. A velocidade com que o objeto chega obriga o cabo a fazer uma rotao, gerando um efeito similar ao que temos se girarmos uma pedra amarrada em um barbante,” explicou Alessandra.

Depois de impulsionado, o veculo se desconectaria e teria a rota alterada em relao quela em que foi lanado. “O cabo substitui o efeito que a gravidade teria se aquele fosse um corpo maior, como um planeta, o que tambm acaba economizando combustvel,” explicou a pesquisadora.

Acelerar ou orbitar

Os dados indicam que a nave precisaria chegar ao dispositivo de recebimento no asteroide a 68,7 quilmetros por segundo (km/s) – o equivalente a 247.320 quilmetros por hora (km/h) – para se conectar ao cabo, obter o impulso desejado e, ento, maximizar o ganho de energia. Isso ocorreria com inclinao da rbita prxima ao plano.

A equipe tambm analisou outros cenrios: No caso de se aproximar a 7,7 km/s (27.720 km/h), por exemplo, a nave teria um ganho de energia mnimo; por volta dos 15 km/s (54.000 km/h), ela seria capturada pela rbita do asteroide, gravitando em torno dele indefinidamente.

“Todos esses cenrios precisam ser previstos. Servem, inclusive, para outros fins como, por exemplo, se o objetivo for enviar um satlite para orbitar o asteroide,” disse Alessandra.

Alm disso, o cabo pode tambm desviar o veculo espacial da sua rota, naturalmente elptica. Em vez de orbitar indefinidamente em torno do Sol, ao ser preso ao cabo ele passaria a traar uma rota hiperblica, pela qual sairia completamente do Sistema Solar.

Elevador espacial

Cabo preso em asteroide funciona como estilingue para impulsionar naves espaciais

Um elevador espacial um tipo de veculo ancorado – s que permanentemente.
[Imagem: NASA]

O conceito de ancorar objetos em um corpo celeste data de 1895, quando o russo Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935) descreveu um elevador espacial, composto por um cabo que levaria cargas para uma estao fora da atmosfera terrestre. A ideia nunca foi testada porque ainda no existem materiais fortes o suficiente: o elevador colapsaria sobre o peso do prprio material antes de alcanar a altitude necessria.

Mas cabos menores j foram usados pela NASA, em misses desde a Gemini 11, lanada em 1967, com cabos espaciais entre 20 m e 1 km. Um muito maior, com 19,6 km de extenso, foi lanado por um nibus espacial em 1996 a bordo do TTS (Tethered Satellite System), mas um arco voltaico atribudo a uma falha de isolamento fritou o cabo e o satlite foi perdido.

Ou seja, cabos espaciais na escala proposta por Alessandra tambm no foram ainda testados. Tampouco se sabe como fixar um desses em um asteroide, nem o mtodo e os materiais para a fabricao do cabo e do dispositivo de acoplamento. O objetivo do estudo feito pelos cientistas brasileiros foi estabelecer os parmetros para que uma manobra do tipo possa ser feita em um cenrio em que todas essas questes de engenharia j estiverem resolvidas.

“Usamos como base um sistema de asteroides genrico, mas baseado em dados de um sistema existente. Calculamos os dados de aproximao do satlite a partir dos parmetros desse sistema. Bastaria alter-los para os de uma condio real para aplic-los,” disse Alessandra.

O sistema de asteroides usado como referncia foi o 99942 Apophis, que muitos temem que possa destruir satlites em 2029 ao passar raspando pela Terra.

Bibliografia:

Artigo: Three-Dimensional Tethered Slingshot Maneuver in the Elliptic Restricted Problem
Autores: Alessandra F. S. Ferreira, Rodolpho V. de Moraes, Antonio F. B. A. Prado, Othon Cabo Winter
Link: https://eventos.uc3m.es/_files/_event/_17669/_editorFiles/file/Book_of_Abstracts.pdf

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