Como o homem chega à Lua?

Introdução

O sonho da exploração do cosmo nunca esteve tão perto do homem como está hoje. Estudos, pesquisas e descobertas nesse campo são mais comuns e têm sido mais divulgadas, bem como o lançamento de foguetes e satélites em tempo real, culminando em um maior interesse do público e numa era de inovação exponencial. Por conta disso, é interessante ficar por dentro do  enorme trabalho de engenharia que há por trás disso tudo, essencial para o melhor funcionamento e segurança do foguete. Assim, iremos apresentar e discutir algumas das etapas seguidas por uma missão espacial bem sucedida.

Montagem

Inicialmente, é necessário definir o objetivo do foguete que será montado: aqueles com função de transporte de objetos demoram meses para serem construidos e sua estrutura é diferente dos que são usados para levar tripulantes para fora da Terra, que demoram cerca de 5 anos para serem construídos, visto que devem ser mais refinados para garantir a segurança e o conforto dos astronautas. Apesar disso, a montagem segue um padrão e pode ser dividida em 4 sistemas (nome dado aos grupos com mesma função):

• Sistema estrutural (Structure System): Trata-se da base e do revestimento externo do modelo. A estrutura tem que ser feita com materiais específicos como alumínio ou titânio que são leves, para diminuir os custos com combustível, e fortes, para garantir que os impactos com asteroides não causem um dano grande. O revestimento é feito com um material que também deve ser resistente mas, principalmente, deve suportar altas temperaturas, para evitar que o calor gerado pelo atrito danifique as estruturas internas e altere a condição que certos componentes são mantidos.
• Sistema de carga (Payload System): Esse será o sistema que mais irá sofrer alterações, visto o motivo dado anteriormente. Para transporte de tripulação ele deve ser maior, a fim de acomodar camas, computadores e outros equipamentos que serão levados ao espaço. Caso o objetivo seja o transporte de carga esse sistema é menor e mais simples, porém a temperatura e a massa do carregamento são fatores a se considerar durante a montagem.
• Sistema de guia (Guidance System): É onde se encontra a grande maioria de sensores, computadores e radares que são essenciais para manobrar o foguete e garantir a estabilidade durante o voo. É necessário, também, equipamentos de comunicação para que a base na Terra possa manter o controle do voo e tomar medidas para alterar rotas.
• Sistema de propulsão (Propulsion System): A maior parte da estrutura interna do foguete é referente a esse sistema pois é onde se localiza os motores e o combustível, que é um tópico discutido a seguir.

Combustível

Para que haja movimento no espaço, um foguete se pauta na terceira lei de Newton e, por isso, deve expelir uma grande quantidade de massa a fim de gerar força para a direção desejada. Para isso, é necessário gerar muita energia dando potência às espaçonaves e garantindo que elas se mantenham em órbita. Hoje, usam-se dois principais sistemas de propulsão: os motores térmicos e os motores químicos e ambos geram gases que são acelerados, gerando empuxo.

No primeiro caso, a energia é gerada a partir da queima de um propelente que pode ser aquecido por um reator nuclear ou por eletricidade. Apresentam uma melhor performance, geram produtos mais leves e podem abastecer os equipamentos eletrônicos do foguete, porém são mais pesados.

O segundo, tem seu funcionamento baseado em reações químicas exotérmicas do tipo redução-oxidação. O propelente pode ser armazenado no estado sólido, uma mistura de combustível e oxidante que pode ser armazenada por um longo período de tempo e gera mais força mas não é facilmente desligado; ou no estado líquido, o combustível e o oxidante são armazenados separadamente e lançados na câmara de combustão onde são misturados e queimados, são mais estáveis, pois não há ignição, porém são mais tóxicos.

Vale destacar uma alternativa que tem sido testada: o motor de íons. Seu funcionamento se dá pela ionização de um gás por meio de bombardeamento de elétrons, os íons gerados são acelerados ao passar por grades energizadas com alta voltagem e as partículas positivas são expelidas em altas velocidades em forma de raio, gerando a força necessária para mover o foguete. São injetados elétrons nesse raio para que ele tenha carga neutra, caso contrário, a espaçonave iria atrair íons o que reduz o empuxo e causa erosão.

Lançamento

Plataformas de lançamento são as estruturas que seguram o foguete e o preparam para o início da jornada. Para chegar nessas plataformas um foguete pode ser movido horizontalmente  e depois levantado, pode ser montado verticalmente na posição de partida ou, ainda, pode ser montado no topo de um transportador que irá levá-lo até a plataforma. 

Além desses mecanismos de transporte, é necessário que esses complexos apresentem: estações de trabalho para reparos, inspeções e montagem; infraestrutura para abastecer o combustível, o carregamento e a tripulação da espaçonave; sistemas de supressão de ignição e de ondas sonoras e uma estrutura que segura o foguete após a iniciação de seus motores para que ele possa ser lançado apenas quando estiver com força total e para mantê-lo estável.

Órbita e Pouso

Após ser lançado, o empuxo gerado deve ser maior que o peso do foguete para que haja movimento na vertical, assim, o veículo começa a subir e, aos poucos, vai se inclinando para que o voo se torne mais horizontal. Durante esse processo o peso do foguete diminui drasticamente pois os motores consomem muita massa de propelente e algumas peças do foguetes vão sendo descartadas a fim consumir menos combustível.

Para fugir da órbita terrestre a espaçonave precisa atingir uma velocidade específica, chamada de velocidade de escape, bem como uma para se manter órbita chamada velocidade orbital. Para exemplificar, a velocidade de escape da órbita terrestre é 11,2 km/s e a velocidade orbital é 7,8 km/s.

Há alguns fatores que precisam ser monitorados para garantir a estabilidade do voo:

• Altitude de órbita: Em alturas próximas à superfície do planeta, o arrasto atmosférico é maior e a velocidade necessária para se manter em órbita é maior também, tornando o voo mais instável.
• Escombros espaciais: Também chamados de lixo espacial, são itens que não retornaram à Terra mas que não possuem propósito. O risco de colisão deve ser evitado, pois impacto com objetos grandes pode interromper a inércia e alterar o trajeto.

Durante o processo de retorno à Terra, um foguete deve enfrentar os efeitos causados pela atmosfera, entre eles: o arrasto atmosférico, que causa um grande estresse na estrutura e o aquecimento aerodinâmico que se dá pela compressão do ar pelo foguete. Para isso, é necessário que sua velocidade seja reduzida drasticamente. A tecnologia mais antiga utilizada nesse processo é a ativação de paraquedas mas apenas a estação com os astronautas consegue ser recuperada pois o restante deve ser descartado para redução do peso, acumulando diversas peças nos mares.

Com intuito de reduzir essa poluição e tornar os lançamentos mais comerciais, algumas empresas criaram foguetes reutilizáveis, aumentando a vida útil do investimento. Antes era difícil saber onde exatamente um foguete ia cair, com essa nova tecnologia é possível ajustar a posição do pouso e utilizar motores para deixá-lo completamente na vertical. Além disso, suportes de metal são liberados para gerar mais apoio no solo e estabilizar o pouso. A intenção é que no futuro o braço que segurava a espaçonave no lançamento iria agarrá-la durante a volta, assim não haveria gastos com transporte e nem com essas estruturas extras e seria necessário apenas reabastecer e fazer pequenos ajustes para que haja outra missão.

Cenário espacial no Brasil

Nosso país foi um dos pioneiros na corrida espacial quando em 1960 teve início o Programa Espacial Brasileiro, com isso, vários órgãos de pesquisa e instrução foram criados na época. O Brasil é responsável por uma série de lançamentos de foguetes com objetivos que variam de transporte de carga até controle meteorológico. Apesar de promissor, as iniciativas espaciais nunca obtiveram grandes resultados devido à falta de investimentos no setor.

Apesar disso, o país apresenta um enorme potencial de evolução.Alguns fatores importantes torna isso possível

• Instituições como o ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) formam engenheiros capacitados e reconhecidos internacionalmente
• As condições climáticas e geográficas são extremamente favoráveis aos lançamentos de foguetes, uma crescente
• Crescente no setor privado espacial interno, iniciado pelos esforços da Embraer
• Possibilidade de absorver capital internacional para nosso desenvolvimento e recepção de empresas globais para realização de lançamento em solo brasileiro.

Futuramente, podemos esperar missões inteiramente nacionais e avanços exponenciais na área de tecnologia e pesquisa brasileira.