Você está aqui: Página Inicial / Educação / Carta Fundamental / O caminho de pedras até o espaço

Carta Fundamental

Ciências

O caminho de pedras até o espaço

por Roberto Bockzo — publicado 20/09/2010 19h00, última modificação 24/09/2010 13h00
Dezembro é a data-limite que a Nasa estipulou para aposentar seus ônibus espaciais. Você sabe como eles funcionam?
foguete

O conceito que permite uma nave ser lançada é o mesmo que faz os fogos de artifício voarem. Foto: Nasa

Dezembro é a data-limite que a Nasa estipulou para aposentar seus ônibus espaciais, que marcaram época nas viagens para fora da Terra. Você sabe como eles funcionam?

Os jovens de hoje estão tão acostumados a ouvir falar em “ônibus espacial” que nem imaginam que os primeiros astronautas não usaram nenhum “ônibus” para suas viagens ao espaço cósmico. Os primeiros astronautas eram lançados dentro de uma cápsula propelida por um foguete. Depois da realização das tarefas programadas, a cápsula retornava à Terra com os tripulantes dentro. Não havia a reutilização de nenhum dos artefatos originais, seja os de propulsão, seja os de tarefas. Os gastos eram muito grandes, pois um novo lançamento exigia a construção de uma nova cápsula e um novo foguete lançador.

Para tentar baratear o programa espacial, a Nasa, sigla em inglês de Agência Espacial Norte-Americana, elaborou um projeto no qual a cápsula era substituída por uma nave dirigível reutilizável para diversas missões, em que boa parte do sistema de lançamento também podia ser reaproveitada. Assim nasceu a ideia do “ônibus espacial”, o qual podia ser utilizado ao passar por convenientes revisões após cada lançamento. Apesar de bem elaborado e de sua maior eficiência e menor custo, o sistema dos ônibus espaciais não atingiu plenamente os objetivos buscados.

Vamos conhecer as diferentes fases dos programas espaciais já existentes e saber mais as perspectivas dos futuros projetos.

Os primeiros “foguetes”

Muito antes de Isaac Newton, famoso cientista inglês do século XVII, explicar a teoria envolvida no movimento de um foguete, os chineses já usavam artefatos similares em suas festas: eram os fogos de artifício. Constavam de um tubo de bambu, fechado numa extremidade e aberto na outra, recheado de pólvora, que era acesa por um pavio preso à extremidade aberta. Assim, o “foguete” voava no sentido da extremidade fechada. Subia a algumas dezenas de metros.

Para simular o funcionamento de um foguete, imagine uma bexiga de borracha. Assopre ar dentro dela de modo a estufá-la. Se você fechar o bocal da bexiga cheia, colocá-la numa mesa ou no chão e deixar o ar interno sair, a bexiga vai se deslocar no sentido oposto ao do bocal. Por que isso acontece? Enquanto o bocal está fechado, a pressão do ar se exerce sobre as paredes da bexiga em todas as direções, de modo que as pressões em dois sentidos opostos de uma mesma direção se anulam, mantendo a bexiga em repouso.

Quando abrimos o bocal, o ar que exerceria a pressão na direção e no sentido do bocal não acha a “parede” para exercer pressão e, portanto, sai. Mas o ar que exerce a pressão no sentido oposto continua tendo uma “parede” para exercer pressão. Logo, na direção do bocal há uma perda de compensação, de modo que a bexiga fica sendo empurrada pela pressão resultante naquela direção. Conclusão: a bexiga desloca-se no sentido da pressão resultante.

É claro que, logo, o excesso de ar acaba no interior da bexiga, o que a faz parar. Para que a bexiga pudesse se deslocar por mais tempo, seria necessário manter ar sob pressão em seu interior também por mais tempo. A solução desse problema deu origem aos foguetes: a queima de combustível no interior da “bexiga” mantém a diferença de pressão entre o ar interno e o externo da bexiga.

Foguetes a jato

Quando um combustível entra em contato com um comburente, ocorre uma reação química chamada combustão. A reação gera calor, o que esquenta o gás circundante, aumentando seu volume e pressão.

Imagine que na “bexiga” com o bocal aberto pudesse haver combustível e comburente chegando constantemente. A reação química manteria a pressão elevada mesmo com a perda de gás pelo bocal. Isso faria com que a bexiga pudesse se mover por um longo tempo no sentido oposto ao do bocal.

É isso que acontece num foguete. De reservatórios distintos chegam combustível e comburente que se misturam na câmara de explosão (bexiga), aumentando a pressão no interior da câmara. Parte do gás aquecido escapa pelo bocal de exaustão e a pressão no sentido oposto leva o foguete para frente. A constante entrada de combustível e comburente mantém a pressão interna elevada e o foguete se move.

Todos os países que possuíram um programa espacial começaram com foguetes que eram lançados usando os propelentes convenientes. No início, os foguetes não eram tripulados. No máximo, levavam uma carga útil para algum tipo de medição. Às vezes, a carga útil se separava do foguete e retornava ao solo através de um paraquedas. O foguete em si era sempre perdido: ou ele caía (geralmente na água) ou ficava como lixo espacial girando em torno da Terra.

Só bem mais tarde é que começaram a lançar foguetes que levaram satélites artificiais (objetos que giravam em torno da Terra), ou sondas (naves que escapavam da gravidade terrestre e iam para a Lua, a outros planetas ou demais astros do sistema solar).

O primeiro satélite artificial da Terra foi o Sputnik, lançado em 1957 pelos soviéticos.

As naves Voyager 1 e 2, lançadas em 1977, já passaram pelos limites da região do sistema solar que agrega os oito planetas conhecidos. Suas trajetórias as levarão a atravessar a Nuvem de Oort, nos limites do nosso sistema solar, e, se sobreviverem às prováveis colisões com os cometas aí existentes, elas rumarão em direção a alguma das estrelas de nossa galáxia.

Quando as agências espaciais achavam que seus foguetes eram seguros o suficiente, começou a haver o envio de tripulantes nas naves.

O ônibus espacial

O programa espacial usando foguetes e cápsulas foi bastante eficiente, mas não poder reaproveitar o veículo após o uso era um caro inconveniente. Surgiu, então, a ideia de um sistema que permitisse o reaproveitamento da maior parte dos componentes em diversas missões. Começou a era dos ônibus espaciais.

O programa espacial usando os ônibus (shuttles, em inglês) funcionava da seguinte forma: uma nave reutilizável era acoplada a um ou mais foguetes, que forneciam o empuxo (“força”) necessário para pôr a nave na órbita desejada. Durante a decolagem, os invólucros dos foguetes desciam com paraquedas e caíam no mar, onde podiam ser resgatados. No espaço, a nave realizava seu trabalho solitário ou se acoplava a uma estação orbital, para a qual os astronautas passavam por um túnel para realizar suas missões. Findo o trabalho na estação orbital, os astronautas retornavam à nave que era desacoplada dela. A nave, dirigida pelos astronautas, retornava ao solo e pousava, como um planador, numa pista de aterrissagem. Todos os elementos, foguetes e nave, depois de passar por minuciosa revisão, estavam prontos para nova missão.

O processo do ônibus espacial dos EUA foi usado em grande número de missões. Apesar do êxito, eles apresentaram falhas importantes e o custo das missões não barateou tanto quanto seus idealizadores prometeram. Dos cinco ônibus construídos, três ainda estão em uso, mas serão aposentados até o fim deste ano: Atlantis, Endeavour e Discovery. Os outros dois, Challenger e Columbia, tragicamente explodiram durante a missão, vitimando todos os tripulantes.

A estratégia soviética

O programa de ônibus espacial da União Soviética não foi efetivado, apesar de protótipos terem sido elaborados. Os soviéticos e, depois da dissolução do país, os russos continuaram a utilizar os foguetes com naves, procedimento que mantêm ainda hoje.

Nesse procedimento, um ou mais foguetes acoplados a uma cápsula espacial são lançados do solo. Quando o sistema atinge a altitude desejada, a cápsula se desacopla dos foguetes, que retornam ao solo, caindo geralmente no mar. A cápsula é manobrada através de pequenos jatos de gás e acoplada à estação espacial orbital.

Os cosmonautas, então, passam da cápsula para a estação orbital através de um túnel, levando mantimentos, peças e instrumentos. No fim das atividades, eles retornam à cápsula, que é desacoplada da estação espacial. Os pequenos jatos de gás da cápsula permitem diminuir a velocidade ao começar a se dirigir para o solo, na Terra. Paraquedas presos à cápsula são usados para diminuir a velocidade de queda, fazendo-a pousar no mar ou em solo firme. Os cosmonautas são recolhidos pelas equipes de apoio. A cápsula resgatada não é reutilizada: geralmente vai para um museu de astronáutica.

Futuro dos programas espaciais

Nos EUA, o futuro do projeto espacial estava baseado no programa Constellation: os lançadores seriam foguetes Ares I e Ares V, com uma nave reutilizável chamada Orion. O programa seria uma mistura dos procedimentos do projeto dos ônibus espaciais e dos foguetes das missões Apolo (que levaram os primeiros astronautas à Lua). Testes com os Ares já foram, inclusive, realizados.

Seria dada grande ênfase às viagens à Lua e a Marte. Na verdade, missões à Lua seriam uma espécie de trampolim para as sonhadas viagens a Marte.

Por causa do grande custo do projeto Constellation e das atuais dificuldades econômicas dos EUA, foi anunciada, no início de 2010, a suspensão do referido programa. Na realidade, o que deve acontecer será um rearranjo dele, tanto financeira quanto objetivamente, mas é pouco provável que os EUA fiquem sem um projeto espacial.

Pelo grande custo de qualquer programa desse porte, a tendência mundial é a de se fazerem parcerias: diversos países se unem e cada um participa com o que de melhor pode oferecer. Isso já acontece na União Europeia, Japão, Índia e até o Brasil. Uma exceção a essa regra é a China, que procura desenvolver sozinha o seu programa espacial.