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Novo motor magnético levará naves mais rápido e mais longe

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05 de Fevereiro de 2021
As simulações de computador de Fatima Ebrahimi no Laboratório de Física do Plasma de Princeton estão ajudando a impulsionar o avanço da energia de fusão.
Créditos: Fatima Ebrahimi/Cortesia

Um novo tipo de motor-foguete pode ajudar a levar a humanidade para além das cercanias da Terra. Esta é a proposta de Fatima Ebrahimi, do Laboratório de Física do Plasma de Princeton, nos Estados Unidos.

O novo motor é uma variação dos conhecidos motores iônicos, já usados em várias missões. A diferença é que, no lugar da eletricidade usada para acelerar o plasma nos motores iônicos atuais, o novo motor usará magnetismo. Os campos magnéticos serão usados para fazer com que partículas de plasma - um gás eletricamente carregado, também conhecido como quarto estado da matéria - sejam ejetadas para fora do foguete e, por causa da conservação do momento, impulsionem o veículo para frente.

O conceito envolve acelerar as partículas do plasma usando a reconexão magnética, um processo encontrado em todo o universo, incluindo a superfície do Sol, onde as linhas do campo magnético convergem, separam-se repentinamente e depois se unem novamente, produzindo muita energia. A reconexão também ocorre dentro dos reatores de fusão nuclear em forma de anel, conhecidos como tokamaks. “Eu venho pensando nesse conceito há algum tempo”, disse Fatima. “Tive a ideia em 2017 enquanto estava sentada em uma varanda e pensando sobre as semelhanças entre o escapamento de um carro e as partículas de escapamento de alta velocidade criadas pelo Experimento Nacional de Toro-Esférico (NSTX), o precursor da principal instalação de fusão do laboratório”.

“Durante sua operação, este tokamak produz bolhas magnéticas chamadas plasmoides, que se movem a cerca de 20Km/s, o que me pareceu muito com um impulso”, completou a pesquisadora. Os atuais motores de plasma, que usam campos elétricos para impulsionar as partículas, produzem um impulso específico muito baixo, o que limita seu uso a naves lentas, que podem levar longos períodos de aceleração até atingir uma velocidade razoável. Mas as simulações feitas em computador indicam que o novo conceito pode gerar escapes de motor com velocidades de centenas de quilômetros por segundo, o que é pelo menos 10 vezes mais do que os motores iônicos atuais.


Princípio de funcionamento do motor alfvênico, em que campos magnéticos ejetam o plasma para produzir empuxo.
Fonte: Fatima Ebrahimi/PPPL/ITER

Esse ganho deve-se às chamadas ondas de Alfvén (Hannes Alfvén, 1908-1995), um tipo de onda magnetohidrodinâmica de baixa frequência que se propaga na direção do campo magnético, através da oscilação dos íons no plasma - por isso Fatima chama seu conceito de “motor alfvênico”. “As viagens de longa distância levam meses ou anos porque o impulso específico dos motores de foguetes químicos é muito baixo, então a nave demora um pouco a ganhar velocidade”, disse ela. “Mas se fizermos propulsores baseados na reconexão magnética, poderemos concluir missões de longa distância em um período de tempo mais curto”.

O conceito de motor iônico magnético tem outras vantagens. A primeira delas é que é possível acelerar e desacelerar o motor-foguete, o que pode ser feito simplesmente variando a intensidade dos campos magnéticos aplicados. Além disso, o novo propulsor produz movimento ejetando não apenas as partículas de plasma, mas também as tais bolhas magnéticas, ou plasmoides, que adicionam potência à propulsão.

Finalmente, ao contrário dos motores iônicos elétricos, os campos magnéticos no conceito de Fatima permitem que o plasma dentro do propulsor consista em átomos pesados ou leves, uma flexibilidade que permitirá ajustar a quantidade de impulso para cada missão específica. “Enquanto outros propulsores requerem gás pesado, feito de átomos como o xenônio, neste conceito você pode usar o tipo de gás que quiser.” E gases mais leves são interessantes porque átomos menores podem se mover mais rapidamente. “O próximo passo é construir um protótipo”, anunciou a pesquisadora.

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