De que são feitos os combustíveis dos foguetes?

Existem duas grandes categorias de combustível de foguetes: líquidos e sólidos. Para cada uma delas, existem diferentes modos de fazer esses compostos, usando desde derivados de petróleo a misturas de nitrocelulose e nitroglicerina.

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Também conhecidos como propelentes, os combustíveis devem ser cuidadosamente escolhidos para cada tipo de missão espacial, o que também implica na escolha do foguete mais adequado.

Trata-se de um jogo de compensações: cada quilo de carga requer mais combustível para decolar, mas, quanto mais combustível, mais peso é adicionado ao foguete. Com isso, o tipo de propelente é muito importante nesse cálculo.

Tipos de combustível de foguete

Propelentes líquidos

Propelentes líquidos são derivados do petróleo, feitos com uma mistura de hidrocarbonetos complexos. O resultado é um produto semelhante ao querosene, altamente refinado, chamado RP-1.

Esse querosene é oxidado por oxigênio líquido (LOX) e juntos eles queimam a 3.396,85 °C. Foi usado em foguetes como Atlas, Delta, Molniya, Titan I, Saturno IB, Saturno V, Falcon 9 e Falcon Heavy — em alguns casos em todos os estágios, e em outros no primeiro estágio.

O RP-1 está no meio termo no que diz respeito ao impulso fornecido ao foguete. É bem melhor que os combustíveis sólidos e os hipergólicos, sobre os quais veremos a seguir. Outra vantagem é que os motores podem ser acelerados, desligados e reiniciados.

Uma das principais desvantagens são os oxidantes extremamente tóxicos e altamente reativos. Além disso, foguetes de combustível líquido precisam de válvulas, vedações e turbobombas, aumentando o custo do veículo e a complexidade do sistema.

Propelentes criogênicos

De certa forma, os criogênicos podem ser vistos como combustíveis líquidos: apesar de serem feitos de gases, ficam armazenados em temperaturas baixas o suficiente para serem liquefeitos.

Normalmente, são compostos por hidrogênio líquido (LH2) como combustível e oxigênio líquido (LO2 ou LOX) como oxidante. O hidrogênio permanece em estado líquido na temperatura de -253 °C, enquanto o oxigênio deve estar a -183 °C.

Eles fornecem um impulso específico cerca de 30% a 40% maior do que a maioria dos outros combustíveis, embora sejam difíceis de armazenar por muito tempo. Em missões que precisam permanecer preparadas por longos períodos, não são a melhor opção.

Os motores principais do ônibus espacial, da NASA, utilizavam os gases gelados, assim como os segundos estágios dos foguetes Saturn V e Saturn 1B e Centaur.

Outras substâncias usadas nos propelentes criogênicos são o metano líquido e flúor líquido, este último oferecendo desempenho ótimo para os motores.

Propelentes hipergólicos

Estes são combustíveis e os oxidantes que se inflamam espontaneamente em contato uns com os outros, dispensando uma ignição para iniciar a reação. São ótimos para sistemas de manobra de naves espaciais, por exemplo, e permanecem líquidos em temperaturas normais.

A principal desvantagem é que são altamente tóxicos e exigem cuidado extremo ao ser manuseados. Durante décadas, foi o tipo comum de combustível usado, em especial a hidrazina, um composto de nitrogênio e hidrogênio.

Atualmente, os pesquisadores procuram soluções verdes para substituir propelentes tóxicos como a hidrazina — que, aliás, está na lista de “sinal vermelho” da UE.

Propelentes sólidos

Combustíveis sólidos podem ser homogêneos e compostos. Eles são densos, o que é muito bom: a densidade é um fator importante para o tamanho dos tanques; quando mais densos, menos espaço ocupam e mais leves ficam os foguetes.

Os sólidos são estáveis ​​em temperaturas normais, fáceis de armazenar e os motores fabricados para eles são os mais simples em termos de engenharia. Podem ser feitos com um único composto (nitrocelulose, por exemplo) ou dois (geralmente nitrocelulose e nitroglicerina).

Uma vez que esses compostos queimam, expelem gases quentes que, por sua vez, produzem o empuxo. Como desvantagem, os motores de propelente sólido não podem ser desligados.

Propelentes híbridos

Existem ainda os combustíveis híbridos, que podem usar compostos em diferentes estados para propelente e oxidante, como combinações líquido/sólido ou gasoso/sólido. Normalmente, há uma câmara de combustão com propelente sólido, onde será injetada o oxidante em estado líquido ou gasoso.

Os compostos nos veículos híbridos podem ser óxido nitroso, que pode atuar tando como oxidante quanto como propelente.