Foguetes

0 foguete era apenas uma curiosidade, mas, inesperadamente, a tecnologia moderna transformou o em instrumento de guerra e de ciência.

Na arte dos foguetes o passo vital foi dado por Robert Goddard dos Estados Unidos e por uma equipe científica na Alemanha; separados por um oceano, eles desenvolveram desenhos de foguetes idênticos. 0 Goddard foi construido em 1941; a V 2 alemã efetuou o seu primeiro vôo em 1942. A V 2 tinha 15 m de altura e quase o dobro do comprimento do outro foguete, transportava 8.500 kg de combustível e de oxigênio líquido (lox) contra os 115 do modelo de Goddard.

 

Foguete Goddard - Estados Unidos

A entrada do combustível e do lox na câmara de combustão do foguete Goddard era forçada por bombas acionadas por turbinas. 0 maior empuxo registrado por este modelo foi de 435 kg, e a altura atingida, de apenas 100 m.

0 lox era transportado atrás dos tanques de combustível do foguete. À medida que o veículo ia consumindo o propelente, os tanques se enchiam de nitrogênio; a pressão do gás ajudava a manter não só a rigidez da estrutura como também a circulação do combustível.

 

V-2 - Alemanha

Um tubo conduzia o combustível para as bombas e para a câmara de combustão através do tanque de lox. Como acontecia no Goddard, o combustível era bombeado ao redor da câmara de combustão da V-2 para esfriar suas paredes.

A primeira V-2 foi abastecida com um combustível que era uma mistura de álcool etílico e água. A água reduzia um pouco a velocidade do foguete, mas sem ela a temperatura do motor teria sido elevada demais. Tal como no foguete Goddard, a orientação da V-2 era feita por giroscópios que punham em funcionamento as aletas móveis de escapamento.

 

Desenvolvendo Maiores Potências

Quanto mais ambiciosa for a missão de um foguete, tanto mais eficaz deverá ser o seu gerador de força, o empuxo, que o eleva do solo e o coloca em órbita. A procura de combustíveis mais potentes levou à descoberta de muitos tipos deles. Existem atualmente 3 tipos principais..

1- Líquido comum, geralmente querosene que requer um oxidante, como o oxigênio líquido. 2- Sólido, uma combinação de nitroglicerina e nitrocelulose, com uma mesma fonte de oxigênio.

3- Líquido de alta potência, um combustível de hidrogênio líquido que é cerca de um terço mais potente que o querosene.

 

Saturno V

0 grande foguete Saturno V foi projetado para levar à Lua os astronautas do Apoio. Tem 110 m de altura - mais alto que um edifício de 35 andares. No momento do arranque, pesa mais de 3.000 toneladas. Não bastando o avançado desenvolvimento do Saturno, os especialista já estão tentando aperfeiçoá-lo. Uma das propostas consiste em substituir a primeira etapa a combustível líquido por grupos de motores a combustível sólido, aumentando a carga útil em 10%.

 

Propulsor Recuperável

Um propulsor recuperável seda um que pudesse ser conduzido de volta à Terra completamente intacto depois de Ter cumprido seu objetivo no espaço. Um conceito de tal magnitude é expresso pela nave "Siamese Twin" (Gêmeos Siameses). As duas naves decolam grudadas, depois, numa velocidade seis vezes maior que a do som, a primeira metade desprendese para voltar à Terra, enquanto sua irmã gêmea começa a desenvolver velocidade para entrar em órbita. Posteriormente, a segunda metade regressará à Terra para uma aterrissagem em pista.

Ao suprimir as extravagantes despesas dos propulsores, veículos semelhantes a estes poderão trazer uma acentuada redução nos custos espaciais de até 95%.

 

Foguetes

O foguete é um gênero de motor capaz de gerar maior potência em proporção ao seu tamanho do que qualquer outro tipo de motor conhecido. Um foguete pode produzir cerca de três mil vezes mais potência do que um motor de automóvel do mesmo tamanho.

Inventado pelos chineses no século XIII, mantém nestes longos 700 anos seus princípios iniciais, ou seja, expele um vento quente em alta velocidade, causado pela queima de algum combustível. Mas ao contrário dos motores a hélice ou a jato, que empurram o avião para a frente e estes sustentam-se pela resistência do ar nas asas, o foguete não precisa de ar para planar. Ao contrário, no vácuo ele apresenta melhor rendimento, pois não há a resistência do ar.

Para explicar o funcionamento de um foguete, o melhor exemplo é uma bexiga de ar, destas que enfeitam festinhas de crianças. Uma vez cheia, quando o ar é liberado, a bexiga projeta-se no sentido contrário ao da saída do ar. Mas não é este “jato” que impulsiona o objeto de borracha e sim uma força idêntica e no sentido contrário à saída, na parede oposta à boca. Portanto, este princípio funciona perfeitamente também no vácuo.

Lançar um foguete é como atirar uma pedra para longe. Após uma subida inicial, passada a força de impulsão, ela inicia uma trajetória de volta ao solo. Para que esta pedra possa cair fora da Terra e portanto ficar orbitando o Planeta, é necessário jogá-la a 28.800 km/h. Se quisermos que esta mesma pedra saia da atração gravitacional, então é preciso que ela seja arremessada a 40.000 km/h.

Em vista disso, embora simples na teoria, os “inventores” sempre tiveram pela frente um desafio: como fazer um foguete que vá mais alto, mais depressa e com mais carga. Para conseguir isso, quase que a totalidade do artefato era ocupada pelo combustível, pouco sobrando para a carga útil.

Além dos pioneiros chineses, no século seguinte os europeus começaram a interessar-se pelo artefato. Italianos, franceses e ingleses foram os que mais tentaram, porém com resultados modestos. Coube aos alemães os maiores progressos nesse campo. Em 1935 já lançavam foguetes de 50 kg a alturas de 2.500 metros. Mas foi com a bomba voadora V-2 que esta técnica alcançou o estágio de desenvolvimento até hoje não superado. Estes formidáveis foguetes pesavam 14 toneladas, tinham 15,5 metros de altura e alcançavam 80 km de altitude, levando uma carga útil de um tonelada a 5.760 km/h, cujo motor tinha a potência de meio milhão de cavalos-força. Mesmo assim o motor media apenas 1,65 metros de comprimento e pesava perto de 450 kg. Sua potência era conseguida pela queima de uma mistura de álcool e oxigênio líquido.

Mas qualquer coisa que queime uniformemente pode ser usada como combustível: além do álcool etílico, também o querosene e a gasolina. A energia é conseguida através de uma combinação com outra substância, o oxidante, que provoca a combustão. E o mais popular deles é o oxigênio. Para motores atmosféricos (pistão, turbina ou vapor), este oxidante é obtido do próprio ar. Daí, mais um problema para os foguetes: no espaço não existe ar. Em vista disso, também o oxidante deve ser levado junto com o combustível. Mas o problema de armazenagem do oxidante foi resolvido, sendo levado em estado líquido, o que reduz sua área de armazenamento em até 60 vezes, desde que resfriado a 183o C abaixo de zero. Modernamente utiliza-se como combustível o hidrogênio (mais volumoso que o álcool, gasolina ou querosene) e como oxidante a fluorina e o tetróxido de nitrogênio.

Resolvida a questão do funcionamento, o desafio passou a ser como alcançar o espaço, levando carga útil. Dentro da equação até então em voga, estruturas monstruosas teriam de ser construídas, com chances duvidosas de sucesso, devido ao colossal tamanho. Isto porque, embora um foguete possa produzir grande potência, queima combustível muito rapidamente. O foguete Saturno V (110 metros de altura), por exemplo, queima mais de 1.210.000 litros de combustível durante os primeiros 2 min 45 s de vôo.

Mas a solução para este impasse já estava elaborada há 300 anos, nos manuscritos de um fabricante de fogos de artifício chamado Johann Schmidlap. Na sua concepção, seriam montados foguetes um no topo de outro. Era a idéia do foguete de fases ou de vários estágios. Nesse arranjo, cada foguete contribui com o seu impulso para ajudar o de cima. Quando acaba o combustível do primeiro, este solta-se e o segundo começa a funcionar já a partir de uma velocidade considerável e assim por diante, fazendo com que velocidades finais muito elevadas possam ser atingidas pelo último foguete da série.

Quando esta técnica foi posta em prática, estava definitivamente aberto o caminho para o espaço. Mesmo assim, um veículo de vários estágios pode pesar, no lançamento, mil vezes mais do que sua carga útil. Resta agora esperar pela nova geração de foguetes, esta sim revolucionária em relação a tudo o que foi feito até agora. Trata-se do foguete movido a fótons, que são feixes de ondas eletromagnéticas produzidas por um reator atômico. E o reator, como se sabe, necessita de muito pouco combustível para operar por dezenas de anos.