Japão lança espaçonave impulsionada por 'vela solar'

Ikaros já enviou imagem da vela solar para a Terra

Cientistas da agência espacial japonesa, Jaxa, lançaram uma espaçonave impulsionada por uma "vela solar", a sonda espacial Ikaros.
A sonda, em formato de disco, é ligada a uma membrana de 200 metros quadrados de área dotada de células solares finíssimas capazes de gerar energia.
A Ikaros vai demonstrar o princípio do uso da luz solar como um método simples e eficiente de propulsão.
Esta técnica tem sido apontada como uma forma eficiente de mover espaçonaves pelo sistema solar sem o uso de combustíveis químicos.
A Ikaros foi colocada em órbita em maio por um foguete do tipo H-IIA.
A agência espacial japonesa informou que seus cientistas e engenheiros começaram as operações da vela solar no dia 3 de junho.
No dia 10 de junho, de acordo com a Jaxa, os cientistas receberam a confirmação de que a vela tinha sido estendida.

Aplicações espaciais

O princípio usado na vela solar japonesa é simples. Fótons, ou partículas de luz, caem em uma superfície altamente reflexiva, ultra-fina (neste caso, apenas 7,5 microns), e exercem pressão.
A força é minúscula, porém contínua. No decorrer do tempo, deve produzir uma velocidade considerável.
As velas solares dificilmente substituirão sistemas convencionais de propulsão, como combustíveis químicos, mas têm o potencial de cumprir um papel muito mais importante em certos tipos de missão espacial.
Alguns satélites em órbita geoestacionária acima da Terra usam flaps no fim de seus painéis solares para capturar pressão da luz solar e manter a altitude correta, por exemplo.
Este tipo de operação leva a uma economia considerável de combustível e os cientistas afirmam que esta estratégia poderá aumentar a longevidade de algumas missões espaciais em muitos meses.

Desafio

No entanto, enviar uma grande membrana para o espaço é uma tarefa desafiadora.
A espaçonave circular Ikaros foi lançada com a vela enrolada à sua volta. O plano era desabotoar os quatro cantos da membrana e permitir que elas se abrissem enquanto o módulo central girava. Uma câmera colocada no centro da Ikaros confirmou que a vela realmente se estendeu.
Os cientistas japoneses agora esperam poder controlar esta enorme membrana. Se a vela desenvolver algum tipo de instabilidade, a membrana poderá se dobrar, arruinando a experiência.
A Ikaros foi lançada junto com outra sonda espacial japonesa, a Akatsuki, que vai estudar a atmosfera de Vênus a partir de dezembro, quando chegar ao planeta.

EXTRAÍDO DE: http://www.bbc.co.uk/portuguese/noticias/2010/06/100611_ikarossolar...



Como funcionam as velas solares

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 dos motores 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?

Foto cedida pela NASA
As velas solares usam a energia do Sol para
impulsionar a espaçonave pelo cosmos


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 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
Armação e lançamento

A equipe de propulsão à vela solar da Nasa e sua empresa parceira, a Able Engineering armaram com sucesso o seu sistema de vela solar no Centro de Pesquisas de Langley durante um período de testes de cinco semanas em abril e maio de 2004. Depois, em julho de 2004, a equipe de propulsão à vela solar da NASA e uma empresa parceira, L'Garde Inc., também viram uma armação bem-sucedida de seu sistema de vela solar no Centro de Pesquisas Glenn.

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Em agosto de 2004, duas grandes velas solares foram lançadas e armadas no espaço pela Agência de Exploração Aeroespacial Japonesa.
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.

Uma espaçonave movida à vela solar não precisa do propelente tradicional como fonte de energia, já que seu propelente é a luz solar e o Sol é seu motor. A luz é composta de radiação eletromagnética que exerce força sobre os objetos com os quais entra em contato. Os pesquisadores da NASA descobriram que em 1 unidade astronômica (UA), que é a distância do Sol até a Terra (150 milhões de quilômetros), a luz solar é capaz de produzir cerca de 1,4 quilowatts (kW) de força. Se você pegar 1,4 kW e dividir pela velocidade da luz, vai ver que a força exercida pelo Sol é de cerca de 3,47 newtons (N) por km2. Em comparação, um motor principal de um ônibus espacial pode produzir 1,67 milhão N de força durante a decolagem e 2,1 milhão N de propulsão no vácuo. Eventualmente, porém, a força contínua da luz solar sobre uma vela solar poderia impulsionar uma espaçonave a velocidades cinco vezes maiores do que a de foguetes tradicionais.


Velejando pelo espaço

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 chama CP-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.

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Quer buracos na vela?

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.

Cosmos 1
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.

Lançamento e armação

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.



Foto cedida pela NASA
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

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Onde as velas solares podem nos levar

As velas solares irão definir novos recordes de velocidade para espaçonaves e permitir que viajemos para além do nosso sistema solar




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.

Mais links interessantes (em inglês)

Equipe da NASA consegue fazer com que dois sistemas de velas solares se armem
com sucesso
The Planetary Society
A propulsão de NASA testa com velas solares
FONTE: Kevin Bonsor. "HowStuffWorks - Como funcionam as velas solares". Publicado em 12 de outubro de 2000 (atualizado em 29 de setembro de
2008) http://ciencia.hsw.uol.com.br/velas-solares5.htm (15 de julho de
2010)
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HowStuffWorks: Tecnologia de vela solar
Japoneses lançam experimento com vela solar
HowStuffWorks: Vela Solar
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Colaboração:Andrea Cortiano em 16 julho 2010 em http://portaldosanjos.ning.com