Artigo: Como Projetar Uma Vela Que Não Vai Rasgar ou Derreter em Uma Viagem Interestelar

Olá leitores e leitoras do BS! 

 

Por Duda Falcão 

 

Segue abaixo um interessante artigo postado ontem (30/03) no site ‘Inovação Tecnológica’ destacando que uma equipe responsável pela Iniciativa Starshot está levando a sério a ideia de enviar Nanonaves para fazerem a Primeira Viagem Interestelar. 

 

Bom leitores do BS, quem me conhece sabe bem que eu não sou um entusiasta desta tecnologia de ‘Propulsão a Vela’, mas tenho de reconhecer que a mesma esta num estágio de conceito bem mais avançado do que a Propulsão Nuclear já abordada essa manhã que no BS, inclusive já tendo realizado alguns voos espaciais como bem citado pelo artigo abaixo. 

 

Além disso, e como evidentemente era de se esperar, essa tecnologia vem sendo muito pesquisada por varias equipes de cientistas, engenheiros e pesquisadores ao redor do mundo, inclusive aqui no Brasil, onde a startup espacial brasileira CRON Sistemas e Tecnologias Ltda, locada na cidade de São José dos Campos-SP, e já abordada aqui no BS em outras oportunidades, vem lutando já há algum viabilizar um projeto de um nanossatélite científico movido por Propulsão a Vela, mas neste caso especifico uma Vela Solar. 

 

ESPAÇO 

 

Como Projetar Uma Vela Que Não Vai Rasgar ou Derreter em Uma Viagem Interestelar 

 

Redação do Site Inovação Tecnológica 

30/03/2022 

 

[Imagem: Masumi Shibata/Breakthrough Initiatives] 

Concepção artística da espaçonave Starshot durante a aceleração por uma matriz de lasers disparados da Terra.

Velas Impulsionadas a Laser 

 

A equipe responsável pela Iniciativa Starshot está levando a sério a ideia de enviar nanonaves para fazerem a primeira viagem interestelar. 

 

Enquanto uma nave impulsionada por um foguete levaria 80.000 anos para chegar à estrela mais próxima de nós, Alfa Centauro, a expectativa da equipe é usar uma versão modificada das velas solares para fazer a viagem em meros 20 anos. 

 

Para isso, porém, não dá para ficar dependendo dos fótons emitidos pelo Sol para impulsionar a vela solar: A ideia é dirigir poderosos feixes de laser, que terão energia suficiente para levar as minúsculas naves até frações significativas da velocidade da luz. 

 

Ao tentar colocar a ideia em prática, contudo, começaram a surgir as complicações, como, por exemplo, que material usar para fabricar uma vela solar que não apenas sobreviva à viagem interestelar - não rasgando - e que simplesmente não derreta com a incidência do laser. 

 

No projeto Starshot, dado que o alvo dos lasers, fornecendo uma intensidade de luz milhões de vezes maior que a do Sol, seria uma estrutura de três metros de diâmetro e mil vezes mais fina que uma folha de papel, descobrir como evitar que a vela rasgue ou derreta é um grande desafio de projeto. 

 

A equipe acaba de publicar dois artigos, nos quais eles apresentam as melhores soluções que encontraram até agora. 

 

Velas de Luz em Formato de Paraquedas 

 

A primeira surpresa é que as velas de luz da Starshot - que se pretende construir com folhas ultrafinas de óxido de alumínio e dissulfeto de molibdênio - não poderão ser planas como as velas solares já testadas no espaço por missões da NASA e da JAXA, e nem mesmo se contentarão com o já sugerido formato parabólico. 

 

[Imagem: Matthew F. Campbell et al. - 10.1021/acs.nanolett.1c03272] 

Mesmo o formato parabólico não seria suficiente: A vela de luz deverá ser tão larga quanto funda.

Em vez disso, elas lembrarão mais um paraquedas muito fundo. A equipe chegou a uma estrutura curva, tão profunda quanto larga, porque ela seria mais capaz de suportar a tensão da hiperaceleração da nave, o que deverá gerar um puxão milhares de vezes maior que a gravidade da Terra, o que forçaria muito o material se ele ficar muito distendido. 

 

"Os fótons do laser encherão a vela como o ar infla uma bola de praia," ilustrou o pesquisador Matthew Campbell. "E sabemos que recipientes leves e pressurizados devem ser esféricos ou cilíndricos para evitar rasgos e rachaduras. Pense em tanques de propano ou mesmo tanques de combustível em foguetes." 

 

[Imagem: John Brewer et al. - 10.1021/acs.nanolett.1c03273] 

Projeto das ranhuras e furos para dissipação térmica da energia dos lasers.

Dissipação Térmica 

 

E, como a equipe mostra em seu segundo artigo, tampouco a vela poderá ser lisa como as que têm sido testadas, e como a própria equipe havia projetado até agora, porque o calor poderia ameaçar a integridade da vela. 

 

O pesquisador John Brewer projetou então um padrão em nanoescala que deverá ser "impresso" sobre o tecido, juntamente com nanofuros toda a extensão da vela, garantindo uma maior eficiência na dissipação do calor que vem junto com um feixe de laser um milhão de vezes mais intenso que a luz do Sol. 

 

Um ganho adicional deste projeto é que, fazendo o espaçamento dos furos corresponder ao comprimento de onda da luz, e o espaçamento das nano-ranhuras corresponder ao comprimento de onda da emissão térmica, a vela poderá suportar um impulso inicial ainda mais forte, reduzindo o tempo que os lasers precisarão permanecer em seu alvo. 

 

"Alguns anos atrás, até mesmo pensar ou fazer um trabalho teórico sobre esse tipo de conceito era considerado absurdo. Agora, não temos apenas um projeto, mas um projeto baseado em materiais reais disponíveis em nossos laboratórios. Nosso plano para o futuro será fabricar essas estruturas em pequena escala e testá-las com lasers de alta potência," disse o professor Deep Jariwala, membro da equipe. 

 

Bibliografia: 

 

Artigo: Relativistic Light Sails Need to Billow 

Autores: Matthew F. Campbell, John Brewer, Deep Jariwala, Aaswath P. Raman, Igor Bargatin 

Revista: Nano Letters 

Vol.: 22, 1, 90-96 

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03272 

 

Artigo: Multiscale Photonic Emissivity Engineering for Relativistic Lightsail Thermal Regulation 

Autores: John Brewer, Matthew F. Campbell, Pawan Kumar, Sachin Kulkarni, Deep Jariwala, Igor Bargatin, Aaswath P. Raman 

Revista: Nano Letters 

Vol.: 22, 2, 594-601 

DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03273