Um novo tipo de propulsor eletromagnético concluiu com sucesso um teste preliminar no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, dando uma ideia de como os astronautas poderão um dia viajar para Marte. Se for desenvolvida, esta tecnologia também poderá alimentar missões robóticas em todo o sistema solar.
Em 24 de fevereiro, engenheiros do JPL no sul da Califórnia conduziram um grande teste do motor experimental, disparando-o com um nível de potência mais alto do que testes semelhantes realizados anteriormente nos Estados Unidos. Os propulsores funcionam com vapor de metal de lítio e representam um avanço significativo na propulsão elétrica.
Este primeiro teste levou o protótipo além das capacidades de quaisquer propulsores elétricos atualmente em uso nas espaçonaves da NASA. Espera-se que os resultados orientem uma série de experimentos futuros destinados a refinar e dimensionar a tecnologia.
“Na NASA, trabalhamos juntos em muitas coisas e não perdemos Marte de vista. O desempenho bem-sucedido dos nossos propulsores neste teste demonstra um progresso real no envio de um astronauta americano ao Planeta Vermelho”, disse o administrador da NASA, Jared Isaacman. “Esta é a primeira vez nos Estados Unidos que um sistema de propulsão elétrica opera em níveis de potência de até 120 kW.
Calor extremo e alta energia dentro da câmara de testes do JPL
Durante cinco ciclos de ignição, o eletrodo central de tungstênio do propulsor aquece dramaticamente, brilhando em uma cor branca brilhante em temperaturas superiores a 5.000 graus Fahrenheit (2.800 graus Celsius). O teste ocorreu dentro do Laboratório de Propulsão Elétrica do JPL, que possui uma câmara de vácuo especial projetada para avaliar com segurança motores que utilizam propulsores de vapor metálico em níveis de potência extremamente elevados.
Como funciona a propulsão elétrica
Os sistemas de propulsão elétrica são muito mais eficientes que os foguetes químicos convencionais, utilizando até 90% menos propelente. Em vez de criarem uma poderosa explosão de impulso, criam um pulso constante durante um longo período de tempo, acelerando gradualmente a nave espacial a velocidades muito altas.
As missões atuais da NASA já dependem desta abordagem. Por exemplo, a espaçonave Psyche usa propulsores elétricos movidos a energia solar que fornecem impulso contínuo, atingindo eventualmente velocidades de 190.000 km/h.
O novo motor em teste é um propulsor magnetoplasmadinâmico (MPD) alimentado com lítio. Embora o conceito exista desde a década de 1960, nunca foi colocado em prática. Ao contrário dos sistemas existentes, este projeto utiliza fortes correntes elétricas e campos magnéticos para acelerar o plasma feito de lítio, criando maior impulso em níveis de energia mais elevados.
Grave níveis de potência e sucesso inicial
Nestes testes iniciais, o propulsor atingiu 120 kW, mais de 25 vezes os motores que voam atualmente no Psyche. Isso o torna o sistema de propulsão elétrica de maior potência testado nos Estados Unidos até hoje.
“Projetar e construir esses propulsores ao longo dos últimos anos foi um longo período que antecedeu este primeiro experimento”, disse James Polk, cientista sênior de pesquisa do JPL. “Este é um grande momento para nós porque não apenas mostramos que o propulsor funciona, mas também atingimos os níveis de potência que pretendíamos. E sabemos que temos um bom ambiente de testes para enfrentar os desafios da expansão.”
Dentro do experimento: uma pluma de plasma brilhante
Polk observou o experimento através de uma janela de observação em uma câmara de vácuo resfriada a água de 8 metros de altura. Quando ativado, o propulsor cria uma pluma brilhante à medida que seu eletrodo externo aquece e emite um fluxo vermelho brilhante de plasma.
Polk passou décadas estudando este tipo de propulsão, contribuindo para missões anteriores, como Dawn e Deep Space 1, que demonstraram pela primeira vez a propulsão elétrica além da órbita da Terra.
Ampliação de missões humanas a Marte
O próximo desafio é aumentar a potência do motor. Os pesquisadores têm como meta níveis entre 500 kW e 1 MW por propulsor nos próximos anos. Como o sistema opera sob calor extremo, os engenheiros devem provar que ele pode funcionar de forma confiável por longos períodos de tempo.
Uma missão tripulada a Marte pode exigir um total de 2 a 4 MW de potência. Provavelmente envolverá vários propulsores trabalhando juntos por mais de 23.000 horas.
Por que os propulsores de plasma de lítio são importantes
Os propulsores MPD alimentados com lítio oferecem diversas vantagens. Eles podem operar com potência muito alta, usar propelente de forma eficiente e gerar mais empuxo do que os atuais sistemas de propulsão elétrica. Quando combinados com uma fonte de energia nuclear, podem reduzir a massa total necessária para o lançamento, ao mesmo tempo que permitem cargas úteis mais pesadas para missões humanas.
Esta combinação poderia tornar as missões de longa duração a Marte mais práticas e acessíveis.
Cooperação e desenvolvimento futuro
Este propulsor está em desenvolvimento há dois anos e meio. O esforço é liderado pelo JPL, trabalhando ao lado da Universidade de Princeton, em Nova Jersey, e do Glenn Research Center da NASA, em Cleveland.
O financiamento vem do Projeto de Propulsão Nuclear Espacial da NASA, que começou em 2020 para promover tecnologias-chave necessárias para sistemas de propulsão elétrica nuclear da classe megawatt. O programa é baseado no Marshall Space Flight Center em Huntsville, Alabama, e faz parte da Diretoria de Missões de Tecnologia Espacial da NASA.
