O que é um Foguete Espacial?
Um foguete espacial é uma máquina movida por um jato de ar de alta velocidade atrás dela. Pela conservação do momento (massa vezes velocidade), o foguete viaja na direção oposta a uma velocidade tal que, multiplicado pela massa do foguete, o valor do momento é igual ao valor do momento do gás de exaustão.
Por extensão, veículos com esse tipo de motor de propulsão, geralmente o espaço, são chamados de foguetes, foguetes ou mísseis. Normalmente, seu objetivo é enviar objetos (especialmente satélites e sondas espaciais) e/ou naves espaciais e pessoas para o espaço (ver atmosfera).
Um foguete consiste em uma estrutura, um motor de propulsão reativa e uma carga útil. A estrutura é usada para abrigar os tanques de combustível e oxidante (oxidante), bem como a carga útil. Também é chamado de “foguete” e é usado apenas para motores de propulsão.
Existem várias maneiras de empurrar o gás de exaustão de um foguete com energia suficiente para impulsioná-lo para a frente (ou seja, vários tipos de motores de foguete). O tipo mais comum, incluindo todos os foguetes espaciais que existem e voaram até agora, são os chamados foguetes químicos, que funcionam liberando a energia química contida no combustível por meio de um processo de combustão. Esses foguetes também precisam carregar um oxidante para reagir com o combustível. Essa mistura de gás superaquecido é então expandida em um bocal divergente, um bocal Laval, também conhecido como sino, para direcionar o gás em expansão para trás, impulsionando o foguete para frente.
No entanto, existem outros tipos de motores, como os motores térmicos nucleares, que utilizam o calor gerado pelas reações nucleares, principalmente através do processo de fissão nuclear, para aquecer gases a altas temperaturas, nas quais o combustível nuclear é bombardeado com nêutrons. , levando à fissão do núcleo. Este gás então se expande no bocal como um foguete químico. Esse tipo de foguete foi desenvolvido e testado nos Estados Unidos na década de 1960, mas nunca foi usado. O gás ejetado por tal foguete pode ser radioativo e não é recomendado para uso na atmosfera terrestre, mas pode ser usado fora da atmosfera. Esse tipo de foguete tem a vantagem de ser mais eficiente do que os foguetes químicos tradicionais, pois pode acelerar os gases de exaustão a velocidades mais altas. Atualmente, o destaque no desenvolvimento de motores termonucleares é a Rússia, que retomou o programa espacial da antiga União Soviética.
A origem do foguete é presumivelmente oriental. A primeira notícia de seu uso é de 1232, quando a pólvora foi inventada na China, primeiro para fogos de artifício como entretenimento e depois para guerra ofensiva.
Há relatos de que no século 13, enquanto os mongóis continuavam a invadir a fronteira ocidental do Império Chinês, foguetes conhecidos como “Flying Arrows” foram usados na defesa da capital provincial da China, a província de Henan.
Foguetes foram introduzidos na Europa pelos árabes e foram usados novamente em conflitos europeus logo após a Guerra dos Cem Anos (1337-1453).
Nos séculos 15 e 16 foi usado como uma arma incendiária. Mais tarde, com o aperfeiçoamento da artilharia, o foguete de guerra desapareceu até o século XIX, quando voltou a ser utilizado durante as Guerras Napoleônicas (1803-1815).
Os foguetes do Coronel Britânico William Congrave foram usados na Espanha durante o Cerco de Cádiz (1810), a Primeira Guerra Calliste (1833-1840) e a Guerra Marroquina (1860).
No final do século 19 e início do século 20, surgiram os primeiros cientistas a pensar em foguetes como sistemas para impulsionar naves espaciais tripuladas. Entre eles destacam-se o russo Konstantin Tsiolkovsky, o alemão Hermann Obert, o americano Robert Hutchins Goddard e mais tarde o russo Sergei Korolev Com Valentin Glushko e o alemão Werner von Braun.
Os foguetes que Goddard construiu eram pequenos, mas já possuíam todos os princípios dos foguetes modernos, como a orientação giroscópica.
Durante a Segunda Guerra Mundial, os alemães, liderados por Wernher von Braun, desenvolveram os foguetes V-1 e V-2 (A-4 em termos alemães), que foram a base da pesquisa de foguetes americanos e aliados. União Soviética do pós-guerra. Ambas as bombas nazistas usadas para bombardear Paris e Londres no final da guerra podem ser melhor definidas como mísseis. Estritamente falando, o V-1 não é um foguete, mas um míssil impulsionado por um avião a jato.
Inicialmente, foram desenvolvidos foguetes especializados para uso militar, comumente conhecidos como ICBMs. Os programas espaciais realizados pelos americanos e russos são baseados em foguetes projetados para fins de voos espaciais, derivados desses foguetes usados para fins militares. Em particular, os foguetes usados no programa espacial soviético vieram do míssil balístico R.7, que acabou sendo usado para lançar missões Sputnik.
O motor de foguete V2
Um foguete US Bumper 2 lançado da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral em julho de 1950. Esse foguete era um V-2 modificado.
O foguete Saturn V sendo lançado.
Do lado dos EUA, Astrobee, Vanguard, Redstone, Atlas, Agena, Thor-Agena, Atlas-Centaur, série Delta, Titan e Saturno (dos quais o Saturno V foi o maior foguete) tempo que possibilitou o programa Apollo) e do lado soviético, foguetes designados pelas letras A, B, C, D e G (os dois últimos têm função semelhante ao Saturno americano), chamados de prótons.
Outros países que construíram foguetes em seus próprios programas espaciais são França, Reino Unido (que o abandonou) e China, Japão, Índia e Brasil, e o consórcio europeu que forma a Agência Espacial Européia (ESA) construiu e lançou o Ariane foguete.
Como funciona um motor de foguete: O gás ejetado do bocal se move para cima através da força de reação.
O princípio de funcionamento de um motor de foguete é baseado na terceira lei de Newton, a lei da ação e reação, que afirma que “toda ação tem uma força de reação, igual em força, na mesma direção e oposta em direção”.
Vamos imaginar uma sala fechada com gás queimado. A combustão do gás cria pressão em todas as direções. A câmara não se moverá em nenhuma direção porque as forças nas paredes opostas da câmara se anularão.
Se introduzirmos o bocal na câmara onde o gás pode escapar, haverá um desequilíbrio. A pressão exercida na parede do lado oposto continuará a não produzir força, pois a pressão de um lado cancela a pressão do outro lado. A pressão aplicada na parte superior da câmara cria impulso porque não há pressão na parte inferior (onde está o bocal).
Portanto, o foguete subirá reagindo à pressão exercida pelos gases de combustão na câmara de combustão do motor. Por esse motivo, esse tipo de motor é chamado de propulsão reativa.
Como não há oxigênio para queimar com o combustível no espaço sideral, o foguete deve transportar e armazenar em tanques, não apenas o propulsor (combustível), mas também o oxidante (oxidante).
A quantidade de empuxo produzida (uma expressão para a força produzida por um motor de foguete) depende da massa e da velocidade do gás ejetado do bocal. Portanto, quanto maior a temperatura do gás de exaustão, maior o empuxo. Portanto, surge o problema de proteger a câmara de combustão e os bicos das altas temperaturas geradas pela combustão. Uma maneira engenhosa de fazer isso é usar um jato fino do próprio propulsor do foguete nas paredes do motor, criando um isolante e resfriando o motor.
Tipos de foguetes
Quanto ao tipo de combustível utilizado, existem três tipos de foguetes:
Foguetes de combustível líquido – onde o propulsor e o oxidante são armazenados em tanques fora da câmara de combustão, onde são bombeados e misturados;
Foguetes de combustível sólido – onde o propulsor e o oxidante foram misturados em estado sólido na câmara de combustão.
Foguetes híbridos – propulsor e oxidante estão em diferentes câmaras e em diferentes estados: líquido/sólido ou gás/sólido. Atualmente, está sendo testado em países como os EUA e o Brasil.
Um foguete impulsionado por uma fonte de energia ainda não dominada e, portanto, ainda impraticável no atual estágio tecnológico:
Foguetes de antimatéria e fusão
Quanto ao número de estágios, o foguete pode ser:
Foguete de estágio único – neste caso, o foguete é “monolítico”;
Foguetes de vários estágios – Os estágios queimam em sequência e são descartados quando ficam sem combustível, permitindo aumentar a capacidade de carga do seu foguete.
Foguete russo de prótons
Foguetes convencionais devem ver algum progresso nos próximos anos, embora ainda seja responsável por enviar astronautas e satélites ao espaço por um longo tempo.
O uso de veículos reutilizáveis, como o Space Shuttle da NASA (Portugal: Space Shuttle), deve ser ampliado. Devido às suas propriedades aerodinâmicas especiais, o ônibus espacial decola como um foguete tradicional, mas pousa como um avião.
O motor revolucionário que pode avançar a tecnologia aeroespacial é o scramjet, capaz de atingir velocidades hipersônicas de até 15 vezes a velocidade do som. Um scramjet não possui partes móveis e obtém a compressão necessária para a combustão pelo ar que entra pela frente, impulsionado pela velocidade do próprio veículo no ar. A NASA testou com sucesso este motor em 2004. O foguete, batizado de X-43A, foi levado a uma altitude de 12.000 metros por uma aeronave B-52 e lançado a uma altitude de 33.000 metros com a ponta de um foguete Pegasus. Atingiu uma velocidade recorde de 11.000 quilômetros por hora.
Outro possível avanço na tecnologia de motores de foguetes é o uso da propulsão nuclear, na qual um reator nuclear aquece gases, criando jatos que são usados para gerar empuxo. Ou a ideia de construir um foguete em forma de vela que seria acelerado pelo vento solar, o que permitiria maior velocidade e maiores distâncias.
