O oceano é um cemitério de foguetes. Detritos de milhares de foguetes, satélites e ônibus espaciais queimados se espalham pelo fundo do oceano. Reutilizar foguetes significa menos desperdício, menos custo e a capacidade de voltar de um destino muito mais fácil.
Ver a espaçonave pousar e decolar facilmente de novo é algo que vimos milhares de vezes nos filmes. Agora também vemos isso na vida real. A SpaceX já lançou e pousou com sucesso mais de 50 foguetes desde que começaram a tentar em 2015.
Então, como os foguetes são capazes de pousar na Terra? Este artigo cobrirá a incrível tecnologia que está por trás dos foguetes reutilizáveis.
Os desafios de lançar foguetes
Existem vários desafios com os foguetes de pouso, mesmo quando eles são apenas parcialmente reutilizáveis.
- Combustível: Para escapar da atmosfera da Terra, um foguete é necessário para atingir incríveis 17.500 milhas por hora, também conhecido como a velocidade de escape. Isso requer uma quantidade colossal de combustível. O combustível é geralmente oxigênio líquido incrivelmente caro. Para pousar um foguete com sucesso, é necessário combustível na reserva.
- Proteção térmica: Para uma verdadeira reutilização, todo o foguete deve ser equipado com proteção térmica, algo geralmente deixado apenas para a parte que vai cair de volta para a Terra. Isso evita que partes do foguete sejam danificadas ou destruídas na reentrada na atmosfera da Terra. Isso também é verdade para foguetes apontados para Marte.
- Trem de pouso: O foguete também requer trem de pouso. Isso deve ser o mais leve possível, mantendo a força necessária para suportar o foguete maciço (o Falcon 9, um dos foguetes da SpaceX, pesa 550 toneladas).
- Peso: Quanto mais pesada for uma espaçonave, mais combustível será necessário e mais difícil será a reentrada. Tanques de combustível vazios aumentam o arrasto e o peso do foguete, razão pela qual os tanques de combustível são geralmente lançados e queimados na atmosfera. Além disso, a proteção térmica e o trem de pouso irão adicionar peso significativo.
Como mencionamos, SpaceX conseguiu esse feito incrível muitas vezes agora. Então, qual é a incrível tecnologia por trás de foguetes reutilizáveis?
impressao 3D
Impressão 3D é revolucionando indústrias em todo o mundo, não menos importante a tecnologia por trás dos foguetes. Na verdade, alguns foguetes agora são quase totalmente impressos em 3D.
Uma vantagem da impressão 3D é que os engenheiros podem produzir menos peças no geral. As peças impressas podem ser muito mais complexas e não precisam de ferramentas de manufatura caras e exclusivas para cada peça. Isso reduz o custo de construção de foguetes e aumenta a eficiência do processo de fabricação.
Os tanques de combustível de impressão 3D significam que você não precisa de costuras no metal - um ponto fraco típico que pode causar problemas em foguetes. Outra grande vantagem da impressão 3D é a capacidade de produzir peças ópticas a partir de materiais leves, reduzindo o peso total dos foguetes.
Retropropulsão e orientação
Para um foguete pousar, o empuxo retrógrado precisa ser maior que o peso do foguete. Ele também precisa ser vetorizado, o que significa que o empuxo é direcional e pode ser usado para estabilizar a descida do foguete.
Para que a retropropulsão estabilize o foguete, é necessário ter informações altamente precisas sobre a posição, altitude e ângulo do foguete. Isso requer sistemas de alta tecnologia que forneçam medições precisas em tempo real com feedback direto para os propulsores. Estes são chamados de sistemas de controle de reação (RCS).
Sistemas de controle de reação
Um RCS fornece pequenas quantidades de empuxo em várias direções para controlar a altitude e a rotação do foguete. Considere o fato de que a rotação pode incluir roll, pitch e yaw, e que o RCS terá que prevenir tudo isso simultaneamente enquanto controla a descida do foguete.
O RCS utiliza vários propulsores posicionados em uma configuração ideal ao redor do foguete. O principal desafio dos propulsores é garantir a economia de combustível.
Um exemplo é o sistema de foguetes Merlin da SpaceX. Este é um conjunto de 10 motores separados controlados por um sistema de controle triplo redundante. Cada um dos 10 motores possui uma unidade de processamento, e cada unidade de processamento utiliza três computadores que monitoram constantemente uns aos outros para reduzir drasticamente a chance de erros.
O motor Merlin usa RP-1 (querosene altamente refinado) e oxigênio líquido como propelentes. A versão mais recente do motor pode acelerar (controlando quanta potência ele usa) até 39% de seu empuxo máximo, o que é essencial para o controle de alto nível ao pousar o foguete.
Grid Fins
Aletas de grade são usadas para guiar foguetes reutilizáveis, como o Falcon 9, até sua posição de pouso. Inventadas nos anos 50, as aletas de grade têm sido usadas em vários mísseis.
As barbatanas de grade têm a aparência de espremedores de batata que se projetam em um ângulo perpendicular do foguete. Eles são usados porque permitem um alto nível de controle sobre o vôo do foguete em velocidades hipersônicas e supersônicas. Em contraste, as asas tradicionais causam ondas de choque e aumentam o arrasto nessas velocidades muito mais altas.
Como as aletas da grade permitem o fluxo de ar através da própria aleta, ela tem muito menos arrasto, enquanto o foguete pode ser girado ou estabilizado girando ou lançando a aleta como uma asa, mas com mais eficiência.
Outra razão pela qual as multas de grade são usadas é que, com foguetes reutilizáveis, eles estão tecnicamente voando para trás quando pousam. Isso significa que as extremidades frontal e traseira do foguete precisam ser bastante semelhantes para que possam ser controladas em qualquer direção.
Trem de pouso
Obviamente, um foguete reutilizável vai precisar de algum tipo de trem de pouso. Eles precisam ser leves o suficiente para não aumentar drasticamente a quantidade de combustível necessária para o voo e a reentrada, mas também fortes o suficiente para suportar o peso do foguete.
Atualmente, os foguetes SpaceX usam 4 pernas de pouso que são dobradas contra o corpo do foguete durante o vôo. Estes então se desdobram usando a gravidade antes do pouso.
Mas, Elon Musk declarou em janeiro de 2021 que, para o maior foguete da SpaceX de todos os tempos, o impulsionador Super Heavy, eles teriam como objetivo "pegar" o foguete usando o braço da torre de lançamento. Isso reduzirá o peso do foguete porque ele não precisará mais de pernas de pouso.
O pouso na torre de lançamento também significa que o foguete não precisará ser transportado para reutilização. Em vez disso, ele só precisará ser reformado e abastecido onde estiver.
Isso não é tudo
Foguetes estão decolando e voando para o espaço há décadas, mas fazê-los retornar em segurança à Terra para reutilização exigiu muitos avanços tecnológicos.
Não poderíamos cobrir toda a incrível tecnologia usada em foguetes que podem pousar na Terra, mas esperamos que você tenha aprendido algo novo neste artigo! A tecnologia de voos espaciais está se expandindo rapidamente e é emocionante considerar o que pode ser possível em poucos anos.
Quer pegar o próximo vôo da SpaceX para o espaço? Aqui é onde você pode assistir ao próximo lançamento.
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Jake Harfield é um escritor freelance que mora em Perth, Austrália. Quando não está escrevendo, geralmente está no mato fotografando a vida selvagem local. Você pode visitá-lo em www.jakeharfield.com
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