Foguetes: quando foram criados e como funcionam?

Se lançamentos de foguetes são comuns e frequentes hoje em dia, é porque eles são resultado da aplicação de princípios que foram vislumbrados, pela primeira vez, há mais de 2.000 anos. Embora os conceitos por trás do funcionamento dos foguetes sejam bastante antigos, foi somente cerca de 70 anos atrás que esses veículos começaram a ser usados em aplicações focadas na exploração espacial. Mas, afinal, quando os foguetes foram criados e como eles funcionam?

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Uma breve história dos foguetes

Registros antigos mostram que sistemas parecidos com aqueles dos foguetes já eram usados em períodos remotos. Por exemplo, em 300 a.C., o filósofo e matemático grego Arquitas criou um modelo de um pombo de madeira suspenso por arames, que voava impulsionado por vapor — que nada mais era do que a aplicação do princípio da ação e reação, responsável pelo movimento dos foguetes. 

Já na história mais recente, foguetes foram usados como armas militares, até que evoluíram a ponto de, nos tempos atuais, colocar em prática o que inventores e escritores descreveram e propuseram durante muito tempo: permitir a exploração do espaço, impulsionando (literalmente) satélites, sondas e naves espaciais para a órbita da Terra e além.

A criação dos foguetes modernos se deve, principalmente, a três homens, considerados os principais “pais” dos foguetes. Um deles foi o russo Konstantin E. Tsiolkovsky, que criou uma equação complexa que revelava a força necessária para qualquer manobra de foguete, além do empuxo específico necessário para alcançar o espaço. Outro foi Robert Goddard, físico norte-americano que lançou o primeiro foguete alimentado por combustível líquido, em 1926, que atingiu altitude de 12,5 metros num voo que durou apenas 2,5 segundos, percorrendo uma distância de 56 metros até cair. O terceiro foi o alemão Hermann Oberth, que estudou foguetes de vários estágios e analisou como poderiam ser usados para escapar da gravidade terrestre.

O trabalho de Oberth rendeu o desenvolvimento do foguete V-2, criado pelo engenheiro mecânico alemão Wernher von Braun em 1944 e que foi usado em ataques da Alemanha durante a Segunda Guerra Mundial, sendo também o primeiro a alcançar a linha de Kárman — linha imaginária que define o início do espaço propriamente dito. Com o fim do conflito bélico, vários foguetes e componentes foram capturados pelos Aliados, e alguns cientistas alemães foram para os Estados Unidos, enquanto outros rumaram à União Soviética. Mesmo rivais, os dois países tinham algo em comum: eles perceberam o potencial que os foguetes tinham enquanto armas militares e iniciaram programas experimentais — e o programa espacial bebeu da fonte dos mísseis balísticos, que deram origem aos foguetes.

Após a Segunda Guerra Mundial, os Estados Unidos e a União Soviética se envolveram nas tensões políticas da Guerra Fria e, como consequência, da Corrida Espacial. Embora os primeiros foguetes funcionassem bem na atmosfera terrestre, ainda foram necessários alguns anos para que cada país ficasse confiante o suficiente para utilizá-los em lançamentos com humanos a bordo. Antes disso, um foguete chamado R-7 se tornou o primeiro a colocar um objeto na órbita da Terra — o satélite soviético Sputnik-1, em 1957.

Foi somente em 12 de abril de 1961 que o cosmonauta Yuri Gagarin voou a partir de um foguete Vostok-K para além da atmosfera, tornando-se o primeiro ser humano a ir para o espaço. Já os Estados Unidos pavimentaram o fim do conflito quando levaram os primeiros astronautas à superfície lunar, em 1969, com a Apollo 11.

Como funciona um lançamento de foguete 

Embora os mecanismos necessários para viagens espaciais já fossem conhecidos há muito tempo, os verdadeiros desafios por trás dessas ambições ficaram claros somente no século 19. Naquela época, engenheiros sabiam que dispositivos criados para se mover em um meio, como o ar, não funcionariam no espaço, e os motores de combustão, que queimavam combustível e oxigênio para gerar energia, também não teriam utilidade fora da Terra.

No fim, a solução foi resolvida com empuxo — força exercida por um fluido sobre um objeto totalmente ou parcialmente imerso nele, apresentando direção vertical. No caso dos foguetes, são necessárias reações químicas explosivas que expulsam compostos em alta velocidade e, como resultado, movem o foguete independentemente do meio onde está, e tudo isso ocorre através de um processo poderoso e extremamente delicado. 

A terceira Lei de Newton descreve que toda ação tem uma reação oposta na mesma intensidade, então, em lançamentos de foguetes, a ação ocorre na queima do combustível, cujos jatos de gás quente saem por um pequeno bocal na parte de baixo do foguete, enquanto a reação é justamente o "empurrão" para cima, direção contrária da liberação dos jatos de gás. 

Ou seja: enquanto a queima do combustível empurra compostos para baixo, o foguete é empurrado para cima como reação — mas somente se o empuxo gerado pelos motores for maior do que a força de seu peso. Por isso é necessário queimar uma enorme quantidade de combustível para lançar um foguete e, quanto mais pesado ele for, maior será a carga de combustível necessária para que o veículo saia do chão.

Foguetes que entraram para a história

Abaixo, destacamos alguns foguetes que entraram para a história graças aos feitos que proporcionaram na história da exploração espacial:

Saturn V, da NASA

O lançamento da missão Apollo 11, a primeira a pousar humanos na Lua, foi feito pelo foguete Saturn V, o mais famoso da agência espacial norte-americana. Com seus 110 m de altura e três estágios, este é o foguete mais poderoso já usado até hoje. Quando estava totalmente abastecido para o lançamento, ele chegava aos 2,8 milhões de kg, era capaz de gerar 34,5 milhões de Newtons de empuxo e podia lançar cerca de 130 toneladas à órbita da Terra — ou 50 toneladas à Lua. 

Os três estágiods do Saturn V eram dispensados conforme eram utilizados; assim, cada estágio impulsionava o foguete até ficar sem combustível, sendo descartado em seguida. Para as missões com destino à Lua, o primeiro elevava o veículo até a altitude de 68 km, o segundo o aproximava ainda mais da órbita, enquanto o terceiro estágio era responsável por posicionar o módulo de serviço e comando na órbita terrestre, para seguir rumo ao nosso satélite natural. Após a separação, os dois primeiros estágios eram direcionados para cair no oceano, e o terceiro ficava no espaço ou atingia a superfície lunar.

A missão final do Saturn V aconteceu em 1975, quando ele foi lançado para levar a estação Skylab à órbita. Apesar de toda a documentação de desenvolvimento e construção do foguete estar cuidadosamente preservada, a NASA explica que, hoje, já não é mais possível reconstruir o Saturn V porque a infraestrutura e ferramentas necessárias foram destruídas ou enviadas a museus. 

Falcon 9 e os foguetes reutilizáveis da SpaceX

Hoje, não são apenas agências espaciais que fazem lançamentos de foguetes. Já existem empresas privadas que desenvolvem (e lançam) foguetes e naves próprias, sendo que algumas delas têm como objetivo levar pessoas a destinos como a órbita da Terra, a Lua e, num futuro não muito distante, a outros planetas, como Marte — enquanto outras seguem aquecendo o mercado de lançamentos de satélites à órbita terrestre.

Uma delas é a SpaceX, fundada por Elon Musk, que acabou revolucionando a indústria aeroespacial ao criar o foguete reutilizável Falcon 9. Ou seja: o foguete não é totalmente perdido após um lançamento, já que seus impulsionadores são capazes de pousar de volta no solo para serem recuperados e reutilizados em novos lançamentos. Isso sifgnifica que, com a inovação da SpaceX, lançamentos espaciais ficaram muito mais acessíveis, tanto para o envio de cargas, quanto de pessoas, e o Falcon 9 já fez muitos lançamentos para a órbita — desde satélites até naves tripuladas, levando astronautas à Estação Espacial Internacional — tudo isso com transmissões ao vivo, que tornam cada lançamento um verdadeiro espetáculo, capaz de atrair o interesse público para os lançamentos espaciais.

Mas a empresa não vai parar por aí, já que seu grande objetivo é levar humanos a Marte. Para isso, a SpaceX está trabalhando no sistema Starship, formado por um veículo de mesmo nome e pelo poderoso propulsor Super Heavy, que, juntos, serão o maior sistema de lançamentos da história, superando o Saturn V da NASA. O sistema será capaz de levar pelo menos 100 toneladas métricas à órbita baixa da Terra e, quando estiver na configuração completa, chegará aos 120 m de altura.

As especificações são impressionantes e vão além, já que o Starship foi projetado para ser totalmente reutilizável e capaz de ser abastecido em órbita, com a ajuda de outro Starship. Após cada lançamento, o booster Super Heavy retornará para o solo, enquanto e o Starship seguirá viagem. O sistema ainda está em fase de desenvolvimento e a SpaceX realizará um teste de voo orbital, não tripulado, para verificar se o Starship estará mesmo pronto para cumprir sua missão — e, possivelmente, causar mais uma revolução no mercado espacial.

O Brasil também teve seu próprio foguete

Quando o assunto são os foguetes brasileiros, ainda há algumas lacunas que precisam ser preenchidas — por exemplo, o lançamento do Amazonia-1, o primeiro satélite totalmente projetado, integrado e desenvolvido no Brasil, teve que acontecer com um foguete indiano PSLV-C51. Apesar de o nosso país dispor de benefícios proporcionados pelo Centro de Lançamentos de Alcântara, no Maranhão, cuja localização permite economia de até 30% em determinados lançamentos, o Brasil não tinha um foguete com porte necessário para levar o satélite Amazonia-1 à órbita.

Mesmo assim, vale mencionar o foguete brasileiro: o Veículo Lançador de Satélites (VLS), formado por quatro estágios, tem 19,7 m de altura, mas o projeto de desenvolvimento do foguete foi interrompido em função de um acidente trágico. Em agosto de 2003, o VLS seria utilizado para lançar um microssatélite e um nanossatélite, mas o foguete foi acionado acidentalmente alguns dias antes do lançamento, causando um incêndio na torre.

Naquele dia, 21 funcionários morreram. O relatório final da investigação, concluído pela Aeronáutica no ano seguinte, descartou qualquer possibilidade de sabotagem. Após a tragédia, o Brasil segue com o desenvolvimento do Veículo Lançador de Microssatélites (VLM), pensado para ser o pioneiro do Brasil para o lançamento de microssatélites. Um protótipo deverá ser testado em breve e, se tudo correr bem, o VLM poderá voar dentro de três anos. É esperar para ver — e torcer para dar certo!

Fonte: New Atlas, Space.com (1, 2), The Verge, Sociedade Planetária, NASA, AEB