Foguetes com impulsão termal por micro-ondas usados nos testes.
[Imagem: Universidade de Tsukuba]
Foguete impulsionado por micro-ondas
Usar foguetes para lançar satélites e pessoas em órbita exige muito combustível: 95% da massa total do foguete, o que significa que só 5% é carga útil.Apenas para comparação, isso é como se um caminhão padrão de dois eixos, que pesa 6 toneladas e carrega outros 10.000 quilogramas (kg), pudesse levar apenas 300 kg de carga.
É por isso que há tanto esforço em busca de melhores sistemas de propulsão para foguetes.
Um desses sistemas inovadores propõe usar micro-ondas de alta potência para suplementar - ou quase substituir - os combustíveis químicos dos foguetes. Nesse tipo de propulsão termal, um poderoso feixe de micro-ondas é disparado do solo para o foguete, e a energia é usada para queimar hidrogênio, por exemplo.
De fato, existem diversas propostas para se fazer isso, mas como é caro e demorado construir protótipos, Kohei Shimamura e seus colegas da Universidade de Tsukuba, no Japão, decidiram fazer um comparativo entre as técnicas acessíveis com a tecnologia atual, para ver em qual delas vale a pena investir.
Comparativo entre sistemas de propulsão
Os engenheiros calculam que um foguete exija um megawatt de propulsão acionada por micro-ondas para cada quilograma de carga útil a ser posta em uma órbita mínima ao redor da Terra.Um complicador é que as propostas iniciais estipulavam que o foguete precisaria ter uma antena de recepção do mesmo tamanho que a antena em terra responsável pela transmissão do feixe de micro-ondas.
"No entanto, aplicações práticas exigirão um grande transmissor terrestre e um pequeno receptor no foguete, e, portanto, uma transmissão de foco variável," explica o professor Shimamura. "Queríamos não apenas demonstrar essa abordagem, mas também quantificar sua eficiência".
Fazendo a comparação mais abrangente até hoje de todas as propostas, Shimamura calculou a eficiência, a curtas distâncias, de cada componente do sistema.
O gerador de micro-ondas terrestre alcançou 51% de eficiência, o sistema de antena de recepção no foguete 34%, a fonte de alimentação sem fio que envia as micro-ondas ao sistema de propulsão do foguete chega a 14% de eficiência e o motor que utiliza a energia das micro-ondas para aquecer o propulsor de foguete utilizará 6% da energia aplicada inicialmente na antena em terra.
Os dados mostram que a proposta inicial das antenas de mesmo tamanho não é a melhor escolha, ao menos para o estágio inicial de subida do foguete.
Mas isso não é suficiente para começar a construir foguetes impulsionados por micro-ondas: Será preciso agora fazer estudos mais aprofundados da eficiência a longa distância, lembrando que a altitude tipicamente considerada como a "fronteira do espaço" é de 100 km, mas é preciso ir bem além disso para se atingir uma órbita estável por um período razoável de tempo.
"Este é um desafio difícil, mas é um próximo passo importante no avanço da tecnologia de micro-ondas para uso prático em lançamentos de foguetes," disse Shimamura.
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Bibliografia
Artigo: Wireless Power Transmission Efficiency for Microwave Rocket Using 28 GHz GyrotronAutores: Kohei Shimamura, Maho Matsukura, Naoto Ozaki, Kaisei Miyawaki, Shigeru Yokota, Ryutaro Minami, Tsuyoshi Kariya, Tsuyoshi Imai
Revista: Journal of Spacecraft and Rockets
DOI: 10.2514/1.A34726
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