Introdução
Centenas de missões espaciais já foram lançadas desde a última missão à Lua, incluindo várias sondas que foram enviadas aos confins do nosso sistema solar. Contudo, nossas jornadas ao espaço têm sido limitadas pela força dosmotores de foguete químicos e pela quantidade de combustível que pode ser transportada por uma espaçonave. Hoje o combustível corresponde a 95% do peso de um ônibus espacial no lançamento. O que conseguiríamos realizar se pudéssemos reduzir nossa necessidade por tanto combustível e tanques que o comportem?
Embora as agências espaciais internacionais e algumas corporações privadas já tenham sugerido muitos métodos de transporte, que nos permitiriam ir mais além, uma missão espacial tripulada ainda não passou da Lua. E dentre todas essas opções de transporte, a mais realista sugere a eliminação tanto do combustível como dos motores dos foguetes. O que colocaríamos no lugar?
A NASA (em inglês) é uma das organizações que vêm estudando esta tecnologia incrível chamada vela solar e que usará a energia do Sol para nos mandar a pontos mais distantes do espaço. Neste artigo, vamos lhe mostrar como a idéia da vela solar se desenvolveu, onde a NASA e outros estão testando essa tecnologia e quão longe e rápido as velas solares podem nos levar no universo.
O conceito das velas solares
Há aproximadamente 400 anos, quando a maior parte da Europa estava envolvida na exploração naval do mundo, Johannes Kepler propôs a idéia de explorar a galáxia usando velas. Através de sua observação de que caudas de cometas eram sopradas por algum tipo de brisa solar, ele acreditou que as velas poderiam capturar o vento para impulsionar a espaçonave da mesma maneira que os ventos moviam navios pelos oceanos. Embora já tenha sido provado que a idéia de Kepler a respeito dos ventos solares não é verdadeira, os cientistas descobriram que a própria luz do Sol exerce força o bastante para mover objetos. E é para aproveitar essa força que a NASA vem fazendo experiências com velas solares gigantes que poderiam ser empurradas pela luz através do cosmo.
Há três componentes em uma espaçonave movida a velas solares:
- força contínua exercida pela luz do Sol;
- um espelho enorme e extremamente fino;
- um veículo de lançamento separado.
 Foto cedida pela NASA/Able Engineering
Um sistema de vela solar de 10 metros e um único quadrante totalmente armado em uma câmara de vácuo de 15 metros de diâmetro no Centro de Pesquisas Langley da NASA, em Hampton, Virgínia.
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Embora as velas solares tenham sido projetadas antes (a NASA já tem esse programa desde a década de 70), os materiais disponíveis até a última década eram pesados demais para criar um veículo de velas solares que funcionasse na prática. Além de ser leve, o material deve ter uma alta capacidade de reflexão e de tolerância a temperaturas extremas. As velas gigantes que estão sendo testadas pela NASA atualmente são feitas de material muito leve e refletivo que é cem vezes mais fino do que uma folha de papel. Este "material aluminizado e resistente à temperatura" se chamaCP-1. Outra organização que está desenvolvendo a tecnologia de vela solar, a Planetary Society (uma organização sem fins lucrativos de Pasadena, na Califórnia), desenvolve o Cosmos 1, que ostenta velas solares feitas de Mylar reforçado por alumínio e que têm aproximadamente um quarto da espessura de um saco de lixo plástico.
 Foto cedida pela NASA/L'Garde Um sistema de vela solar de quatro quadrantes criado pela parceira da NASA, a L'Garde Inc., e pela equipe de propulsão à vela solar da NASA do Centro de Vôo Espacial Marshall, em Huntsville, no estado do Alabama, totalmente armado em uma câmara de vácuo de 30 metros de diâmetro do Centro de Pesquisas Glenn, da NASA. |
O segredo é a natureza refletiva das velas. Enquanto os fótons (as partículas de luz) rebatem no material refletivo, suavemente empurram a vela ao transferir momento para ela. Como há muitos fótons na luz solar e eles atingem a vela constantemente, há uma pressão constante (força por unidade de área) sendo exercida sobre a vela e produzindo uma aceleração também constante para a espaçonave. Embora a força de uma espaçonave movida à vela solar seja menor que a de um foguete químico convencional, como o do ônibus espacial, a nossa nova espaçonave acelera constantemente e atinge uma velocidade maior com o passar do tempo.
Mas você pode estar se perguntando o que acontece se a espaçonave estiver longe da luz solar. Nesse caso, um equipamento de laser instalado na espaçonave poderia entrar em ação e fornecer a propulsão necessária para as velas.
Les Johnson, do Centro de Vôo Espacial Marshall, segura um material leve e rígido de fibra de carbono que fez vários cientistas que trabalham na vela solar pararem para pensar. Essa fibra é diferente da vela solar padrão porque seu material é cerca de 200 vezes mais espesso. Porém, milhares de pequenos buracos permitem que ela tenha o mesmo peso que os mais finos materiais para vela solar que estão sendo testados no momento.
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Mas como é que colocamos as velas e a nave no espaço? Vamos dar uma olhada.
Lançamento e armação
A Cosmos 1, a espaçonave movida a velas solares da Planetary Society, foi lançada de um submarino russo submerso no Mar de Barents em 2005, mas obteve sucesso. A colocação de pequenos satélites em órbita da Terra, falhou 83 segundos depois do lançamento. O controle de vôo afirmou que o motor do primeiro estágio do foguete simplesmente parou de funcionar. A Nasa pretende fazer o teste de uma nave com velas solares ainda em 2008. |
Usando apenas a luz solar como fonte de energia, uma vela solar nunca seria lançada diretamente do solo. Por isso, é necessária a existência de uma segunda espaçonave para lançar a vela solar, que então se armaria no espaço. Outra maneira possível de lançar uma vela solar seria com microondas ou feixes de laser fornecidos por um satélite ou por outra espaçonave. Esses feixes de energia poderiam ser direcionados na vela para lançá-la ao espaço e fornecer uma fonte de energia secundária durante a jornada. Em um experimento no JPL (em inglês), Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, as velas foram movidas por feixes de microondas durante a decolagem, e feixes de laser foram usados para impulsionar a vela para frente.
Após o lançamento, a armação das velas ocorre por meio de um sistema de expansão inflável que é disparado por um mecanismo de armação incorporado.
Um sistema de vela solar de 20 metros e quatro quadrantes armado durante testes nas instalações de Plum Brook, parte do Centro de Pesquisas Glenn, em Sandusky, Ohio
Onde as velas solares podem nos levar
Vai chegar o dia em que a tecnologia de velas solares irá desempenhar um papel crucial nas missões de longa distância da NASA. Mas até onde elas vão poder nos levar e com que rapidez farão isso?
Como descobrimos na última seção, as velas solares não serão movidas pela mesma quantidade de
força utilizada para lançar o ônibus espacial. A NASA acredita que a exploração do espaço é semelhante ao conto "A lebre e a tartaruga", com a espaçonave movida a foguete sendo a lebre. Nessa corrida, a espaçonave movida a foguete logo se destaca, movendo-se rapidamente rumo ao seu destino. Por outro lado, um veículo sem foguete movido por uma vela solar começaria sua jornada em um ritmo lento e constante, gradativamente ganhando velocidade devido à força contínua que o Sol exerce sobre ele. E mais cedo ou mais tarde, independente da velocidade, o foguete irá ficar sem energia, enquanto o veículo movido à vela solar receberá um suprimento ilimitado de energia do Sol. Além disso, a vela solar teria o potencial para retornar à Terra, algo que faltaria ao foguete, já que seu propelente foi totalmente gasto.
Conforme continua sendo impulsionada pela luz solar, a espaçonave movida à vela solar irá chegar a velocidades que o outro tipo de veículo nunca conseguiria atingir. Um veículo assim, eventualmente, chegaria a cerca de 90 km/s, ou seja, mais de 324 mil km/h, uma velocidade que é 10 vezes mais rápida do que a velocidade orbital do ônibus espacial (8 km/s). Para você ter uma idéia do quão rápido isso é, daria para ir de Nova York a Los Angeles em menos de um minuto se a vela solar estivesse viajando com velocidade máxima.
