Sábado, 02 de Julho de 2022

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Os engenheiros aeroespaciais do MIT estão testando um novo conceito para um veículo espacial flutuante que levita aproveitando a carga natural da lua.

Como não têm atmosfera, a lua e outros corpos sem ar, como asteróides, podem criar um campo elétrico por meio da exposição direta ao sol e ao plasma circundante. Na lua, essa carga superficial é forte o suficiente para levitar a poeira a mais de 1 metro do solo, da mesma forma que a eletricidade estática pode causar arrepios nos cabelos de uma pessoa.

Engenheiros da NASA e de outros lugares propuseram recentemente o aproveitamento dessa carga natural de superfície para levitar um planador com asas feitas de Mylar, um material que possui naturalmente a mesma carga que as superfícies de corpos sem ar. Eles raciocinaram que as superfícies com cargas semelhantes deveriam se repelir, com uma força que levante o planador do solo. Mas tal projeto provavelmente seria limitado a pequenos asteróides, já que corpos planetários maiores teriam uma atração gravitacional mais forte e contrária.

O veículo espacial levitante da equipe do MIT poderia potencialmente contornar essa limitação de tamanho. O conceito, que se assemelha a um disco voador em forma de disco em estilo retrô, usa minúsculos feixes de íons para carregar o veículo e aumentar a carga natural da superfície. O efeito geral é projetado para gerar uma força repulsiva relativamente grande entre o veículo e o solo, de uma forma que requer muito pouca energia. Em um estudo de viabilidade inicial, os pesquisadores mostram que tal aumento de íons deve ser forte o suficiente para levitar um pequeno veículo de 2 libras na lua e grandes asteróides como Psique.

“Pensamos em usar isso como as missões Hayabusa que foram lançadas pela agência espacial japonesa”, diz o autor principal Oliver Jia-Richards, um estudante de pós-graduação no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT. “Essa espaçonave operou em torno de um pequeno asteroide e implantou pequenos rovers em sua superfície. Da mesma forma, pensamos que uma missão futura poderia enviar pequenos robôs pairando para explorar a superfície da lua e outros asteróides. ”

Os resultados da equipe aparecem na edição atual do Journal of Spacecraft and Rockets . Os co-autores de Jia-Richards são Paulo Lozano, o professor M. Alemán-Velasco de Aeronáutica e Astronáutica e diretor do Laboratório de Propulsão Espacial do MIT; e o ex-aluno visitante Sebastian Hampl, agora na Universidade McGill.

Força iônica

O projeto de levitação da equipe depende do uso de propulsores de íons em miniatura, chamados de fontes de íons de líquido iônico. Esses pequenos bicos microfabricados são conectados a um reservatório contendo líquido iônico na forma de sal fundido à temperatura ambiente. Quando uma tensão é aplicada, os íons do líquido são carregados e emitidos como um feixe através dos bicos com uma certa força.

A equipe de Lozano foi pioneira no desenvolvimento de propulsores iônicos e os usou principalmente para propelir e manobrar fisicamente pequenos satélites no espaço. Recentemente, Lozano viu uma pesquisa mostrando o efeito de levitação da superfície carregada da lua na poeira lunar. Ele também considerou o projeto do planador eletrostático da NASA e se perguntou: poderia um rover equipado com propulsores iônicos produzir força repulsiva e eletrostática suficiente para pairar sobre a lua e asteróides maiores?

Para testar a ideia, a equipe inicialmente modelou um pequeno rover em forma de disco com propulsores de íons que carregavam o veículo sozinho. Eles modelaram os propulsores para enviar íons com carga negativa para fora do veículo, o que efetivamente deu ao veículo uma carga positiva, semelhante à superfície da lua com carga positiva. Mas eles descobriram que isso não era suficiente para tirar o veículo do chão.

“Então pensamos, e se transferirmos nossa própria carga para a superfície para complementar sua carga natural?” Jia-Richards diz.

Ao apontar propulsores adicionais para o solo e enviar íons positivos para amplificar a carga da superfície, a equipe concluiu que o impulso poderia produzir uma força maior contra o veículo espacial, o suficiente para levitá-lo do solo. Eles elaboraram um modelo matemático simples para o cenário e descobriram que, em princípio, ele poderia funcionar.

Com base neste modelo simples, a equipe previu que um pequeno rover, pesando cerca de um quilo, poderia atingir a levitação de cerca de um centímetro do solo, em um grande asteróide como Psique, usando uma fonte de íons de 10 quilovolts. Para obter uma decolagem semelhante na lua, o mesmo rover precisaria de uma fonte de 50 quilovolts.

“Esse tipo de projeto iônico usa muito pouca energia para gerar muita voltagem”, explica Lozano. “A energia necessária é tão pequena que você poderia fazer isso quase de graça.”

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