Um novo tipo de motor eletromagnético concluiu com sucesso um teste inicial no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, oferecendo um vislumbre de como os astronautas poderão um dia viajar para Marte. Se for desenvolvida, esta tecnologia também poderá permitir missões robóticas ao sistema solar.
Em 24 de fevereiro, engenheiros do JPL, no sul da Califórnia, conduziram um teste rigoroso do motor experimental, disparando-o em níveis de potência mais elevados do que quaisquer testes semelhantes realizados anteriormente nos Estados Unidos. O propulsor funciona com vapor de metal de lítio e é um avanço significativo no campo da propulsão elétrica.
Este primeiro teste levou o protótipo além das capacidades de qualquer motor elétrico atualmente em uso nas espaçonaves da NASA. Espera-se que os resultados orientem uma série de experimentos futuros destinados a refinar e dimensionar a tecnologia.
“Na NASA, estamos trabalhando em muitas coisas ao mesmo tempo e não perdemos Marte de vista. O desempenho bem-sucedido do nosso motor neste teste demonstra um progresso real no envio de um astronauta americano ao Planeta Vermelho”, disse o administrador da NASA, Jared Isaacman. “Pela primeira vez nos Estados Unidos, um sistema de propulsão elétrica está operando em níveis de potência tão elevados, atingindo 120 quilowatts. Continuaremos a fazer investimentos estratégicos que facilitarão o próximo salto gigante.”
Calor extremo e alta potência na câmara de testes do JPL
Durante os cinco ciclos de ignição, o eletrodo central de tungstênio do motor aqueceu dramaticamente, brilhando em uma cor branca brilhante a uma temperatura superior a 5.000 graus Fahrenheit (2.800 graus Celsius). O teste ocorreu no Laboratório de Propulsão Elétrica do JPL, que abriga uma câmara de vácuo especializada projetada para avaliar com segurança motores que utilizam vapores metálicos de combustível em níveis de potência extremamente elevados.
Como funciona o movimento elétrico
Os sistemas de propulsão elétrica são muito mais eficientes que os foguetes químicos tradicionais, consumindo até 90% menos combustível. Em vez de criarem uma poderosa explosão de impulso, criam um impulso constante durante um longo período de tempo, acelerando gradualmente a nave espacial a velocidades muito altas.
As missões atuais da NASA já dependem desta abordagem. Por exemplo, a espaçonave Psyche usa motores elétricos movidos a energia solar que fornecem impulso contínuo, atingindo eventualmente velocidades de 190.000 quilômetros por hora.
O novo motor em teste é um motor magnético dinâmico de plasma (MPD) movido a lítio. Embora o conceito exista desde a década de 1960, nunca foi usado operacionalmente. Ao contrário dos sistemas existentes, este projeto utiliza fortes correntes elétricas e campos magnéticos para acelerar o plasma feito de lítio, criando mais impulso em níveis de potência mais elevados.
Grave níveis de potência e sucesso inicial
Neste teste inicial, o motor atingiu até 120 quilowatts de potência, mais de 25 vezes a potência dos motores que voam atualmente no Psyche. Isso o torna o sistema de propulsão elétrica mais potente testado nos Estados Unidos até hoje.
“Projetar e construir esses motores nos últimos anos foi uma longa jornada que levou a este primeiro teste”, disse James Polk, cientista sênior do JPL. “Este é um grande momento para nós porque não só mostramos que o motor funciona, mas também atingimos os níveis de potência pretendidos. E sabemos que temos um bom banco de testes para começar a resolver os problemas de expansão.”
Dentro do teste: uma pluma de plasma brilhante
Polk observou o teste através de um orifício de observação em uma câmara de vácuo resfriada a água de 8 metros de comprimento. Quando ativado, o motor produziu uma pluma brilhante enquanto seu eletrodo externo esquentava e emitia um fluxo vermelho brilhante de plasma.
Polk dedicou décadas ao estudo deste tipo de propulsão, contribuindo para missões anteriores como Dawn e Deep Space 1, que demonstraram pela primeira vez a propulsão eléctrica para além da órbita da Terra.
Expandindo missões humanas a Marte
A próxima tarefa é aumentar ainda mais a potência do motor. Nos próximos anos, os pesquisadores pretendem atingir níveis de 500 quilowatts a 1 megawatt por motor. Como o sistema opera em altas temperaturas, os engenheiros devem provar que ele pode operar de forma confiável por um longo período.
Uma missão tripulada a Marte pode exigir de 2 a 4 megawatts de potência total. Isso provavelmente inclui vários motores operando um total combinado de mais de 23.000 horas.
Por que os motores de plasma de lítio são importantes
Os propulsores MPD movidos a lítio têm várias vantagens. Eles podem funcionar com potência muito alta, usar combustível de forma eficiente e gerar mais empuxo do que os atuais sistemas de propulsão elétrica. Combinados com uma fonte de energia nuclear, podem reduzir a massa total necessária para o lançamento, ao mesmo tempo que fornecem cargas úteis mais pesadas para missões humanas.
Esta combinação poderia tornar as missões de longo prazo a Marte mais práticas e económicas.
Cooperação e desenvolvimento futuro
Este motor está em desenvolvimento há dois anos e meio. O esforço está sendo liderado pelo JPL, que trabalha com a Universidade de Princeton, em Nova Jersey, e com o Centro de Pesquisa Glenn da NASA, em Cleveland.
O financiamento vem do projeto de Propulsão Nuclear Espacial da NASA, que começou em 2020 para desenvolver tecnologias-chave necessárias para sistemas de propulsão elétrica nuclear da classe megawatt. O programa é baseado no Marshall Space Flight Center em Huntsville, Alabama, e faz parte da Diretoria de Tecnologia Espacial da NASA.
