Motores de propulsão hipersônica viajando a 20 mil km/h podem se tornar reais?

Sistemas de propulsão hipersônica movidos por detonações e capazes de levar seres humanos a lugares distantes do planeta, ou mesmo à órbita terrestre, são um sonho de longa data de muitos cientistas, mas isso nunca passou de hipóteses. Contudo, uma equipe criou um sistema experimental que parece ser o primeiro passo concreto para tornar esse sonho uma realidade.

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Detonações são um processo de combustão supersônica em que a energia liberada se propaga através do material na forma de onda de choque. Esta onda comprime as moléculas do material, elevando sua temperatura até o ponto de ignição. O desafio é controlar essa energia em uma posição fixa por vários segundos, o que parecia inviável até então, em parte porque as detonações duram menos de um microssegundo.

Outra dificuldade que as propostas de sistemas de propulsão por detonação enfrentaram está relacionada aos propelentes químicos usados nos veículos, ou à forma como esses propelentes eram misturados. Esse problema foi superado recentemente — pela mesma equipe, aliás. Mas a curta duração da detonação ainda é um empecilho na otimização desses motores. A maior preocupação nesse sentido é que a detonação atinja a fonte de energia, o que seria desastroso em uma nave real.

Para usar a detonação, é preciso primeiro controlar essa energia. É isso o que a equipe de pesquisadores conseguiu fazer com sucesso. O novo artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences. “Em vez de destruir edifícios, como você viu no Líbano, agora queremos usá-la e produzir impulso com ela", disse Kareem Ahmed, principal autor do estudo.

Para Ahmed, "a descoberta de como estabilizar uma detonação — a forma mais poderosa de reação intensa e liberação de energia — tem o potencial para revolucionar a propulsão hipersônica e os sistemas de energia”. Não é nenhum exagero, pois um veículo que utilizasse um sistema de propulsão desse tipo pode atingir velocidades de até 20.800 km/h. Isso permitiria impulsionar uma nave em até 17 vezes a velocidade do som, o suficiente para enviar uma aeronave para o espaço sem a necessidade de uma sustentação em foguetes.

Para superar o recorde anterior de alguns milissegundos, a equipe usou uma rampa inclinada dentro de uma câmara de reação de aproximadamente 0,76 metro de comprimento para criar uma onda de choque indutora da detonação. Eles conduziram testes em uma série dessas câmaras, que misturas e aquecem ar e gás hidrogênio antes de acelerar a velocidades hipersônicas e disparar na rampa.

Nos experimentos anteriores, a equipe conseguiu criar a primeira evidência experimental de uma detonação rotativa, algo que já possibilita voos mais baratos em foguetes. Mas agora, balanceando cuidadosamente as proporções da mistura ar-combustível, velocidade do fluxo de gás e ângulo da rampa, eles foram capazes de gerar uma onda de detonação oblíqua. A diferença é que as ondas de detonação oblíqua são estacionárias e estabilizadas. Como resultado, a detonação permaneceu fixa na posição por cerca de 3 segundos.

Isso é tempo suficiente para confirmar que a detonação foi estabilizada em uma posição fixa. Para desenvolver um motor prático será preciso descobrir como operar em velocidades e altitudes mais complexas e lidar com instabilidades da combustão causada pela mistura desigual de combustível e ar. A boa notícia é que a estrutura do dispositivo de teste não é muito diferente do design de um veículo em escala real, então o desafio será como alterar os três ingredientes principais — proporções de mistura ar-combustível, velocidade do ar e ângulo — em um aparelho maior, sem perder a estabilidade da detonação.

Fonte: Science Alert