- Parte 2 -
Em algum momento de nossas vidas, cada um de nós fez esta pergunta: quanto tempo para voar para as estrelas? É possível realizar tal vôo em uma vida humana, podem esses vôos se tornar a norma da vida cotidiana? Existem muitas respostas para essa pergunta difícil, dependendo de quem está perguntando. Alguns são simples, outros são mais difíceis. Para encontrar uma resposta definitiva, há muitas coisas a serem consideradas.
Infelizmente, não existem estimativas reais que ajudem a encontrar essa resposta, e isso frustra os futuristas e os entusiastas das viagens interestelares. Quer queiramos ou não, o espaço é muito grande (e complexo) e nossa tecnologia ainda é limitada. Mas se algum dia decidirmos deixar nosso "ninho natal", teremos várias maneiras de chegar ao sistema estelar mais próximo em nossa galáxia.
A estrela mais próxima da nossa Terra é o Sol, uma estrela bastante "média" de acordo com o esquema de "sequência principal" de Hertzsprung-Russell. Isso significa que a estrela é muito estável e fornece luz solar suficiente para que a vida se desenvolva em nosso planeta. Sabemos que outros planetas giram em torno das estrelas próximas ao nosso sistema solar, e muitas dessas estrelas são semelhantes às nossas.
Possíveis mundos habitáveis no Universo
No futuro, se a humanidade desejar deixar o sistema solar, teremos uma grande seleção de estrelas para as quais poderemos ir, e muitas delas podem ter condições favoráveis de vida. Mas para onde vamos e quanto tempo vamos levar para chegar lá? Tenha em mente que tudo isso é especulação e não há marcos para viagens interestelares no momento. Bem, como disse o Gagarin, vamos lá! Vídeo promocional:
Alcance a estrela
Como já observamos, a estrela mais próxima de nosso sistema solar é Proxima Centauri e, portanto, faz muito sentido começar a planejar uma missão interestelar com ela. Parte do sistema estelar triplo Alpha Centauri, Proxima está a 4,24 anos-luz (1,3 parsecs) da Terra. Alpha Centauri é, de fato, a estrela mais brilhante das três no sistema, parte de um sistema binário próximo a 4,37 anos-luz da Terra - enquanto Proxima Centauri (a mais escura das três) é uma anã vermelha isolada a 0,13 anos-luz de distância. de um sistema duplo.
E enquanto as conversas sobre viagens interestelares sugerem todos os tipos de viagens mais rápidas que a luz (FAS), de velocidades de dobra a buracos de minhoca e motores subespaciais, tais teorias são altamente fictícias (como o motor de Alcubierre) ou existem apenas na ficção científica. … Qualquer missão no espaço profundo se estenderá por gerações de pessoas.
Então, começando com uma das formas mais lentas de viagem espacial, quanto tempo leva para chegar à Proxima Centauri?
Métodos modernos
A questão de estimar a duração da viagem no espaço é muito mais fácil se as tecnologias e corpos existentes em nosso sistema solar estiverem envolvidos nela. Por exemplo, usando a tecnologia usada pela missão New Horizons, 16 motores monocombustível de hidrazina, você pode chegar à Lua em apenas 8 horas e 35 minutos.
Há também a missão SMART-1 da Agência Espacial Européia, que foi impulsionada em direção à Lua usando impulso iônico. Com essa tecnologia revolucionária, uma variante da qual a sonda espacial Dawn também usou para chegar a Vesta, a missão SMART-1 levou um ano, um mês e duas semanas para chegar à lua.
De uma nave espacial de foguete rápido a uma unidade de íon econômica, temos algumas opções para se locomover no espaço local - além disso, você pode usar Júpiter ou Saturno como um estilingue gigante de gravidade. No entanto, se planejamos ir um pouco mais longe, teremos que aumentar o poder da tecnologia e explorar novas possibilidades.
Quando falamos de métodos possíveis, estamos falando daqueles que envolvem tecnologias existentes, ou que ainda não existem, mas que são tecnicamente viáveis. Alguns deles, como você verá, foram testados e confirmados, enquanto outros ainda estão em questão. Em suma, eles representam um cenário de viagem possível, mas muito demorado e caro, até mesmo para a estrela mais próxima.
Movimento iônico
Atualmente, a forma mais lenta e econômica de motor é o motor iônico. Há várias décadas, a propulsão iônica era considerada assunto de ficção científica. Mas, nos últimos anos, as tecnologias de suporte à propulsão iônica passaram da teoria à prática e com grande sucesso. A missão SMART-1 da Agência Espacial Européia é um exemplo de missão bem-sucedida à Lua em 13 meses de movimento em espiral da Terra.
O SMART-1 usava propulsores de íons solares, nos quais a eletricidade era coletada por painéis solares e usada para alimentar os propulsores de efeito Hall. Foram necessários apenas 82 quilos de combustível xenônio para levar o SMART-1 à lua. 1 quilograma de combustível xenônio fornece um delta-V de 45 m / s. Esta é uma forma de movimento extremamente eficaz, mas está longe de ser a mais rápida.
Uma das primeiras missões a usar a tecnologia de propulsão iônica foi a missão Deep Space 1 para o cometa Borrelli em 1998. O DS1 também usava um motor de íon xenônio e consumia 81,5 kg de combustível. Por 20 meses de empuxo, o DS1 desenvolveu velocidades de 56.000 km / h no momento da passagem do cometa.
Os motores iônicos são mais econômicos do que as tecnologias de foguete porque seu empuxo por unidade de massa de combustível de foguete (impulso específico) é muito maior. Mas os propulsores de íons demoram muito para acelerar uma espaçonave a velocidades significativas, e a velocidade máxima depende do suporte de combustível e da geração de energia.
Portanto, se a propulsão iônica for usada em uma missão a Proxima Centauri, os motores devem ter uma fonte poderosa de energia (energia nuclear) e grandes reservas de combustível (embora menos do que os foguetes convencionais). Mas se você partir do pressuposto de que 81,5 kg de combustível xenônio se traduz em 56.000 km / h (e não haverá outras formas de movimento), você pode fazer cálculos.
A uma velocidade máxima de 56.000 km / h, o Espaço Profundo 1 levaria 81.000 anos para viajar 4,24 anos-luz entre a Terra e a Proxima Centauri. Com o tempo, isso significa cerca de 2.700 gerações de pessoas. É seguro dizer que o íon interplanetário será muito lento para uma missão interestelar tripulada.
Mas se os propulsores de íons forem maiores e mais poderosos (ou seja, a taxa de saída dos íons é muito maior), se houver combustível de foguete suficiente, o que é suficiente para todos os 4,24 anos-luz, o tempo de viagem será reduzido significativamente. Mas, mesmo assim, haverá muito mais tempo do que o período da vida humana.
Manobra de gravidade
A maneira mais rápida de viajar no espaço é usar o auxílio da gravidade. Este método envolve a espaçonave usando o movimento relativo (ou seja, a órbita) e a gravidade do planeta para alterar seu caminho e velocidade. As manobras gravitacionais são uma técnica extremamente útil para voos espaciais, especialmente quando se usa a Terra ou outro planeta massivo (como um gigante gasoso) para aceleração.
A espaçonave Mariner 10 foi a primeira a usar esse método, usando a atração gravitacional de Vênus para acelerar em direção a Mercúrio em fevereiro de 1974. Na década de 1980, a sonda Voyager 1 usou Saturno e Júpiter para manobras gravitacionais e aceleração a 60.000 km / h, seguido por uma saída para o espaço interestelar.
A missão Helios 2, que começou em 1976 e deveria explorar o ambiente interplanetário entre 0,3 UA. e. e 1 a. Ou seja, do Sol, o recorde para a maior velocidade desenvolvida usando uma manobra gravitacional segura. Naquela época, Helios 1 (lançado em 1974) e Helios 2 detinham o recorde de aproximação mais próxima do sol. Helios 2 foi lançado por um foguete convencional e colocado em uma órbita altamente alongada.
Devido à grande excentricidade (0,54) da órbita solar de 190 dias, no periélio Helios 2 conseguiu atingir uma velocidade máxima de mais de 240.000 km / h. Essa velocidade orbital foi desenvolvida apenas pela atração gravitacional do sol. Tecnicamente, a velocidade do periélio do Helios 2 não foi o resultado da manobra gravitacional, mas a velocidade orbital máxima, mas o dispositivo ainda detém o recorde de objeto artificial mais rápido.
Se a Voyager 1 estivesse se movendo em direção à anã vermelha Proxima Centauri a uma velocidade constante de 60.000 km / h, levaria 76.000 anos (ou mais de 2.500 gerações) para cobrir essa distância. Mas se a sonda atingisse a velocidade recorde de Helios 2 - uma velocidade constante de 240.000 km / h - levaria 19.000 anos (ou mais de 600 gerações) para viajar 4.243 anos-luz. Muito melhor, embora não seja prático.
Motor eletromagnético EM Drive
Outro método proposto para viagem interestelar é um motor de radiofrequência de cavidade ressonante, também conhecido como EM Drive. Proposto em 2001 por Roger Scheuer, um cientista britânico que criou a Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) para implementar o projeto, o motor é baseado na ideia de que as cavidades de micro-ondas eletromagnéticas podem converter diretamente eletricidade em impulso.
Enquanto os motores eletromagnéticos tradicionais são projetados para propelir uma massa específica (como partículas ionizadas), este sistema de propulsão particular não depende da reação da massa e não emite radiação direcional. Em geral, este motor foi recebido com uma boa dose de ceticismo, principalmente porque viola a lei da conservação do momento, segundo a qual o momento de um sistema permanece constante e não pode ser criado ou destruído, mas apenas alterado sob a ação da força.
No entanto, experiências recentes com essa tecnologia levaram claramente a resultados positivos. Em julho de 2014, na 50ª Conferência de Propulsão Conjunta AIAA / ASME / SAE / ASEE em Cleveland, Ohio, os cientistas de jatos avançados da NASA anunciaram que haviam testado com sucesso um novo projeto de motor eletromagnético.
Em abril de 2015, cientistas da NASA Eagleworks (parte do Johnson Space Center) disseram que testaram com sucesso o motor no vácuo, o que pode indicar uma possível aplicação no espaço. Em julho daquele ano, um grupo de cientistas da Divisão de Sistemas Espaciais da Universidade de Tecnologia de Dresden desenvolveu sua própria versão do motor e observou o empuxo tangível.
Em 2010, a Professora Zhuang Yang, da Northwestern Polytechnic University em Xi'an, China, começou a publicar uma série de artigos sobre sua pesquisa sobre a tecnologia EM Drive. Em 2012, relatou uma alta potência de entrada (2,5 kW) e um empuxo fixo de 720 mn. Em 2014, ela também conduziu testes extensivos, incluindo medições de temperatura interna com termopares embutidos, que mostraram que o sistema estava funcionando.
De acordo com cálculos baseados no protótipo da NASA (que recebeu uma classificação de potência de 0,4 N / quilowatt), uma espaçonave com energia eletromagnética pode fazer uma viagem a Plutão em menos de 18 meses. Isso é seis vezes menos do que o exigido pela sonda New Horizons, que se movia a uma velocidade de 58.000 km / h.
Parece impressionante. Mas, mesmo neste caso, a nave com motores eletromagnéticos voará para Proxima Centauri por 13.000 anos. Perto, mas ainda não o suficiente. Além disso, até que todos os pontos estejam pontilhados nesta tecnologia, é muito cedo para falar sobre seu uso.
Propulsão nuclear térmica e nuclear elétrica
Outra possibilidade de realizar um vôo interestelar é usar uma espaçonave equipada com motores nucleares. A NASA estudou essas opções por décadas. Um foguete de propulsão térmica nuclear poderia usar reatores de urânio ou deutério para aquecer o hidrogênio no reator, convertendo-o em gás ionizado (plasma de hidrogênio), que seria então direcionado para o bico do foguete, gerando o empuxo.
Um foguete movido a energia nuclear inclui o mesmo reator, que converte calor e energia em eletricidade, que alimenta o motor elétrico. Em ambos os casos, o foguete contará com a fusão nuclear ou fissão nuclear para criar impulso, em vez do combustível químico com o qual todas as agências espaciais modernas operam.
Comparados aos motores químicos, os motores nucleares têm vantagens inegáveis. Em primeiro lugar, é densidade de energia praticamente ilimitada em comparação com o combustível de foguete. Além disso, o motor nuclear também gerará mais empuxo do que a quantidade de combustível usado. Isso reduzirá a quantidade de combustível necessária e, ao mesmo tempo, o peso e o custo de um determinado aparelho.
Embora os motores de energia nuclear térmica ainda não tenham entrado no espaço, seus protótipos foram criados e testados, e ainda mais foram propostos.
E ainda, apesar das vantagens na economia de combustível e impulso específico, o melhor dos conceitos propostos de motor térmico nuclear tem um impulso específico máximo de 5000 segundos (50 kNs / kg). Usando motores nucleares movidos por fissão ou fusão nuclear, os cientistas da NASA poderiam entregar uma espaçonave a Marte em apenas 90 dias se o Planeta Vermelho estiver a 55 milhões de quilômetros da Terra.
Mas quando se trata de viajar para a Proxima Centauri, um foguete nuclear levará séculos para acelerar a uma fração significativa da velocidade da luz. Então, serão necessárias várias décadas de caminho e, depois delas, muitos mais séculos de inibição no caminho para a meta. Ainda estamos a 1000 anos do nosso destino. O que é bom para missões interplanetárias, não tão bom para missões interestelares.
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