Novo motor magntico levar naves mais rpido e mais longe

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/01/2021

Fatima Ebrahimi posa diante da concepo artstica de uma nave para viagens espaciais de longa durao.[Imagem: Elle Starkman/PPPL/ITER]

Motor-foguete

Um novo tipo de motor-foguete pode ajudar a levar a humanidade para alm das cercanias da Terra.

Esta a proposta de Fatima Ebrahimi, do Laboratrio Princeton de Fsica do Plasma, nos EUA.

O novo motor uma variao dos conhecidos motores inicos, j usados em vrias misses.

A diferena que, em lugar da eletricidade usada para acelerar o plasma nos motores inicos atuais, o novo motor usar magnetismo.

Os campos magnticos sero usados para fazer com que partculas de plasma – um gs eletricamente carregado, tambm conhecido como quarto estado da matria – sejam ejetadas para fora do foguete e, por causa da conservao do momento, impulsionem o veculo para frente.

O conceito envolve acelerar as partculas do plasma usando a reconexo magntica, um processo encontrado em todo o Universo, incluindo a superfcie do Sol, onde as linhas do campo magntico convergem, separam-se repentinamente e depois se unem novamente, produzindo muita energia. A reconexo tambm ocorre dentro dos reatores de fuso nuclear em forma de anel, conhecidos como tokamaks.

“Eu venho cozinhando esse conceito h algum tempo,” disse Ebrahimi. “Tive a ideia em 2017 enquanto estava sentada em uma varanda e pensando sobre as semelhanas entre o escapamento de um carro e as partculas de escapamento de alta velocidade criadas pelo Experimento Nacional Torus Esfrico (NSTX), o precursor da principal instalao de fuso do laboratrio. Durante sua operao, este tokamak produz bolhas magnticas, chamadas plasmoides, que se movem a cerca de 20 quilmetros por segundo, o que me pareceu um bocado com um impulso.”

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Princpio de funcionamento do motor alfvnico, em que campos magnticos ejetam o plasma para produzir empuxo.[Imagem: Fatima Ebrahimi]

Motor de plasma magntico

Os atuais motores de plasma, que usam campos eltricos para impulsionar as partculas, produzem um impulso especfico muito baixo, o que limita seu uso a naves sem muita pressa, que podem aguardar longos perodos de acelerao, at atingir uma velocidade razovel.

Mas as simulaes feitas em computador por Ebrahimi indicam que seu novo conceito pode gerar escapes do motor com velocidades de centenas de quilmetros por segundo, o que pelo menos 10 vezes mais do que os motores inicos atuais.

Esse ganho deve-se s chamadas ondas de Alfvn (Hannes Alfvn [1908-1995]), um tipo de onda magnetohidrodinmica de baixa frequncia que se propaga na direo do campo magntico, atravs da oscilao dos ons no plasma – por isso Ebrahimi chama seu conceito de “motor alfvnico”.

“As viagens de longa distncia levam meses ou anos porque o impulso especfico dos motores de foguetes qumicos muito baixo, ento a nave demora um pouco para ganhar velocidade,” disse ela. “Mas se fizermos propulsores baseados na reconexo magntica, poderemos concluir misses de longa distncia em um perodo de tempo mais curto.”

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Os plasmoides so um elemento importante para o ganho de potncia do motor magntico de plasma. [Imagem: Fatima Ebrahimi]

Vantagens do motor inico magntico

O conceito de motor inico magntico tem algumas outras vantagens.

A primeira delas que possvel acelerar e desacelerar o motor-foguete, o que pode ser feito simplesmente variando a intensidade dos campos magnticos aplicados.

Alm disso, o novo propulsor produz movimento ejetando no apenas as partculas de plasma, mas tambm as tais bolhas magnticas, ou plasmoides, que adicionam potncia propulso.

Finalmente, ao contrrio dos motores inicos eltricos, os campos magnticos no conceito de Ebrahimi permitem que o plasma dentro do propulsor consista em tomos pesados ou leves, uma flexibilidade que permitir ajustar a quantidade de impulso para cada misso especfica. “Enquanto outros propulsores requerem gs pesado, feito de tomos como o xennio, neste conceito voc pode usar qualquer tipo de gs que quiser,” disse Ebrahimi. E gases mais leves so interessantes porque tomos menores podem se mover mais rapidamente.

“O prximo passo construir um prottipo,” anunciou a pesquisadora.

Bibliografia:

Artigo: An Alfvenic reconnecting plasmoid thrusterAutores: Fatima EbrahimiRevista: Journal of Plasma PhysicsDOI: 10.1017/S0022377820001476

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