A indústria aeroespacial está ampliando o uso de tecnologias elétricas, como no caso da propulsão de espaçonaves e satélites, com o objetivo de reduzir o consumo de combustível e a geração de resíduos; além disso, a duração das missões espaciais vem sendo ampliada.
A propulsão elétrica aeroespacial é um sistema inovador utilizado em veículos espaciais e satélites que, em vez de depender de combustíveis químicos, utiliza a eletricidade para acelerar. Para gerar impulso, ela ejeta em alta velocidade um gás ionizado (como o xenônio) e reduz o consumo de combustível, prolongando as missões espaciais.
“Atualmente, a propulsão elétrica é indispensável para garantir a viabilidade econômica dos satélites comerciais na órbita da Terra. Por esse motivo, a Comissão Europeia financiou durante os últimos 9 anos um programa de pesquisa e desenvolvimento para fomentar a competitividade da nossa indústria aeroespacial”, explica Luis Conde, professor de Física Aplicada da ETSIAE (Escola Técnica Superior de Engenharia Aeronáutica e Espacial) da Universidade Politécnica de Madri.
Principais aplicações desta nova tecnologia
O maior benefício da propulsão elétrica aeroespacial é o fato de ser uma tecnologia muito mais sustentável que as tradicionais, já que os aumentos na velocidade de saída do gás e/ou plasma reduzem drasticamente a quantidade de combustível necessária, economia que se traduz em um aumento do equipamento a bordo, como antenas ou transponders.
“É a única solução tecnicamente possível para fornecer propulsão aos satélites das constelações comerciais em órbita baixa”
Em contrapartida, essa tecnologia é limitada pelo seu consumo de energia elétrica e pelas correntes elevadas, que resultam em valores de propulsão muito pequenos em comparação com os motores tradicionais. No entanto, os propulsores podem funcionar ininterruptamente por anos, de forma que acabam proporcionando um impulso total muito alto.
“É a única solução tecnicamente possível para fornecer propulsão aos satélites das constelações comerciais em órbita baixa. Sua utilização aumenta à medida que novos avanços podem ser implementados em satélites cada vez menores”, explica o especialista.
Sobre as iniciativas que estão sendo desenvolvidas atualmente, Conde comenta que, na Espanha, há vários grupos formados por universidades e empresas que participam dos programas de pesquisa e desenvolvimento fomentados pela União Europeia.
Entre eles, Conde destaca vários exemplos em andamento, como a empresa Crisa, responsável pela parte eletrônica dos propulsores da missão Beppi-Colombo, ou ATD, que está trabalhando na tecnologia dos cátodos para operar os propulsores de plasma no espaço. Ele também destaca o trabalho da startup Lenai, que está desenvolvendo um propulsor para micro e nanossatélites.
Além das iniciativas comerciais, ele destaca o importante trabalho acadêmico realizado pela Universidade Politécnica de Madri, que desenvolveu e patenteou seu próprio propulsor de plasma, chamado Alphie, e a Universidade Carlos III, que, em colaboração com a empresa Sener, está desenvolvendo o propulsor Helicon, que funciona com plasma produzido com micro-ondas.
“Em suma, a propulsão elétrica no espaço é uma tecnologia consolidada há muito tempo nos satélites de telecomunicações, e é indispensável nas missões de exploração de espaço profundo, como são as missões GOCE ou Beppi-Colombo”, admite.
“Um propulsor elétrico precisa funcionar por períodos muito longos”
Desafios a serem superados
O professor da UPM lembra que o primeiro desafio de implantação desta tecnologia são os complexos testes necessários para que um sistema de propulsão elétrica seja considerado apto para uso em órbita. Este processo está intimamente ligado à avaliação de riscos dos satélites comerciais por parte das empresas seguradoras.
Ele também explica que, para verificar a confiabilidade, as condições do espaço são reproduzidas na medida do possível, e os testes são realizados dentro de uma câmera com pressão muito baixa. Porém, dado que um propulsor elétrico precisa funcionar por períodos muito longos, os testes para verificar seu funcionamento são complexos e demorados. “O custo é muito alto, e hoje há muita discussão sobre a necessidade de simplificar e acelerar os processos de qualificação”, detalha Conde.
Outro grande desafio é a própria tecnologia, já que esse sistema tem pré-requisitos muito exigentes de peso, volume, potência elétrica e confiabilidade, uma vez que precisa de uma unidade eletrônica de potência e controle. “O barateamento da produção através da padronização dos componentes, com projetos flexíveis para adaptá-los aos diferentes tipos de propulsores é um dos objetivos do programa de pesquisa patrocinado pela Comissão Europeia”, comenta.
Por último, o outro desafio técnico tem a ver com o material utilizado, como o propergol. Normalmente, usava-se o gás xenônio graças à sua alta massa e baixa energia de ionização; no entanto, os atuais conflitos geopolíticos fizeram seu preço disparar, por isso buscam-se alternativas que possam funcionar com os propulsores e tecnologias já existentes.
Colaborou neste artigo:
Luis Conde, Professor de Física Aplicada na Escola de Engenharia Aeronáutica e Espacial da Universidade Politécnica de Madri.
Liderou projetos de pesquisa do Plano Nacional e europeus. É membro da Sociedade Europeia de Física e autor/coautor de mais de 50 artigos de revistas científicas e 40 documentos publicados em congressos especializados.
Como docente, além de cursos de Física básica, ministra Física de Plasmas a estudantes de graduação e mestrado de Engenharia Aeroespacial. Suas áreas de interesse atuais são física básica do plasma, técnicas de diagnóstico e propulsores de plasma para propulsão espacial.
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