Próximas velas solares podem ganhar novo design e maior eficiência
Por Daniele Cavalcante • Editado por Patricia Gnipper |
Os chamados velas solares, espaçonaves ultraleves empurradas pelos fótons da luz solar, ganharam novas propostas de material e formato em dois estudos recentes. O objetivo dos autores é melhorar a relação massa-eficiência para atingir maior velocidade no espaço sem utilizar nenhum tipo de combustível ou motor.
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Com o sucesso de algumas missões com veleiros espaciais, a iniciativa Breakthrough Starshot trabalha constantemente para aprimorar os materiais e o design dessas naves movidas a luz. Semelhante a barcos a vela, não precisam de nenhuma fonte de alimentação além do "empurrão" do vento — nesse caso, dos fótons de luz.
Apesar de simples, a ideia traz grandes desafios. O material usado na vela deve ser o mais leve possível, para que a nave seja empurrada pelas partículas de luz. Os fótons são muito pequenos e não possuem massa, por isso não são famosos por empurrar objetos. Os engenheiros poderiam aumentar essa pressão fazendo uma vela maior que possa pegar mais luz, ou direcionar lasers para acelerar ainda mais a vela.
Mas essas soluções podem não ser muito eficazes. Em primeiro lugar, porque uma vela maior implica em mais massa, dificultando o empurrão. Diminuir a massa da vela pode resultar em um material frágil, que pode se degradar em pouco tempo. Outro problema é que, à medida que a vela se afasta da fonte de luz, os comprimentos de onda da radiação que a atingem terão um desvio para o vermelho (redshift).
O fenômeno do redshift pode colocar a vela em risco, porque, se a luz se desvia para o lado vermelho do espectro de luz, o material atingido pelos fótons aquecerá mais do que deveria. Portanto, deve-se usar um material que não absorve o infravermelho.
Para encontrar o material certo para tornar as velas resistentes, leves e capazes de lidar com o calor produzido pelo laser, os pesquisadores se concentraram em manter a absorção de infravermelho baixa e o impulso alto. Cada um desses dois objetivos foi abordado em um estudo separado.
No primeiro estudo, os engenheiros propuseram fazer velas com duas camadas compostas por dissulfeto de molibdênio e nitreto de silício. Eles seriam produzidos em folhas finas com os tipos de propriedades ópticas adequadas para equilibrar absorção e emissão mínima de luz à medida que se estica. Já o segundo artigo, tenta lidar com o aumento da pressão de fótons que uma matriz de laser imporia sobre os veleiros.
A conclusão dos engenheiros é que o formato circular e esférico deve ser a melhor opção para encontrar a eficácia que se espera dos veleiros solares. O Breakthrough Starshot pretende enviar uma dessas naves a cerca de 20% da velocidade da luz em direção a Proxima Centauri, a estrela mais próxima da Terra, a 4,2 anos-luz de distância. Um veleiro apropriado chegaria por lá em apenas algumas décadas.
Os dois estudos foram publicados na Penn Engineering Today.
Fonte: Penn Engineering Today; via ScienceAlert