O engenheiro Aero / Astro Ken Hara está desenvolvendo modelos de computador para ajudar a tornar um pouco conhecido, mas o motor propulsor amplamente utilizado, mais adequado para missões de longa distância.

Quando a maioria das pessoas pensa em viagens espaciais, eles imaginam foguetes como o imponente Saturno V que enviou os astronautas da Apollo à lua.

A maior parte desse foguete enorme consistia no combustível que queimava para lançar um minúsculo, cápsula espacial de transporte da tripulação em órbita. Lá, livre da gravidade da Terra, pequenas explosões de propulsores queimando combustível guiaram a cápsula espacial Apollo para a lua e de volta.

Desde então, os cientistas desenvolveram tecnologias alternativas de propulsores que não queimam combustíveis pesados. Em vez de, esses propulsores ionizam gases estáveis ​​como xenônio e criptônio, usando eletricidade de células solares para retirar os elétrons dos átomos de gás para criar um fluxo de íons carregados positivamente, chamado de plasma. A espaçonave empurra esse plasma para fora de seu escapamento para se propelir através do vazio sem peso.

Esses propulsores, conhecidos como motores de propulsão elétrica, ou propulsores de plasma, atualmente habilitam centenas de GPS, Os satélites militares e de comunicação fazem pequenas correções de curso e mantêm órbitas estáveis. Mas agora, os cientistas estão desenvolvendo uma nova geração de propulsores de íons capazes de enviar espaçonaves em missões de longa distância em todo o sistema solar, como o módulo Deep Space 1 que visitou o asteroide 9969 Braille e o cometa Borrelly, e a espaçonave Dawn que viajou para o cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter.

"Os propulsores de plasma representam o futuro da exploração espacial, "disse Ken Hara, um professor assistente de aeronáutica e astronáutica, que está ajudando a desenvolver modelos de computador para tornar os motores de íons mais poderosos, eficiente e útil.

Hara diz que os propulsores de plasma têm uma série de vantagens sobre seus predecessores. Para iniciantes, os gases ionizados usados ​​como propelentes em propulsores de plasma pesam menos do que os combustíveis queimados pelos propulsores da era Apollo. Cada libra que a espaçonave economiza diminuindo sua carga de combustível significa mais peso para transportar uma carga científica maior. Além disso, uma vez que uma nave movida a plasma está no espaço, pode acelerar ao longo do tempo de uma forma que uma nave que queima combustível não pode, em última análise, dando a esses motores leves uma vantagem de velocidade também.

Entender por que isso acontece envolve um conceito chamado velocidade de escape - a velocidade na qual um propelente sai de um motor. Um motor de queima de combustível tradicional queima um grande volume de combustível, mas a uma baixa velocidade de escape, uma combinação que produz um impulso tremendo. Pense em um foguete na plataforma de lançamento, movendo-se lentamente no início enquanto é levantado por uma grande onda de chamas, em seguida, acelera à medida que o tremendo impulso gerado quebra o controle da gravidade e arremessa o foguete em direção ao céu.

Por contraste, um motor de plasma é projetado para um ambiente diferente - impulsionando uma espaçonave que já está em um ambiente de baixa ou nenhuma gravidade. O motor de plasma faz isso emitindo partículas ionizadas em velocidades de exaustão extremamente altas, mas volumes muito baixos, impulsionar a espaçonave com o que pode ser comparado a sopros de ar. No vácuo do espaço, sem nada para diminuir o ímpeto de avanço da espaçonave, esses sopros de impulso ionizado permitem que a embarcação ganhe velocidade ao longo do tempo, indo mais rápido e mais longe do que as espaçonaves que queimam combustível.

Hara, que foi recentemente homenageado pela Electric Rocket Propulsion Society, está criando modelos de computador para ajudar a melhorar ainda mais os propulsores de plasma, explorando como os plasmas podem atingir velocidades de exaustão mais rápidas e potentes. Para fazer isso, ele precisa desenvolver modelos computacionais que resolvam novas equações e verifiquem se estão corretas sob análise matemática rigorosa. Ele então precisa validar esses resultados comparando suas previsões matemáticas com o que os cientistas experimentais demonstram em propulsores de plasma do mundo real. "Estamos sendo matematicamente corretos, e nossos modelos estão fisicamente corretos? "Hara pergunta retoricamente." É aí que está a minha verdade. "