Cabo preso em asteroide pode estilingar naves espaciais

Com informações da Agência Fapesp - 14/08/2019

A manobra espacial para mudar a rota e até mesmo enviar naves para além do Sistema Solar foi simulada usando o asteroide Apophis, que vai passar bem perto da Terra em 2029.
[Imagem: NASA]

Naves com cabos

Um veículo espacial é conectado a um cabo de 100 quilômetros de comprimento, ancorado em um asteroide. Preso por esse cabo espacial, o veículo pode ter sua trajetória direcionada para seu objetivo.

A energia ganha durante o processo de rotação, até o momento em que a nave finalmente se desconecta, pode não apenas impulsioná-la em outra direção sem gastar combustível, mas até mesmo permitir que ela se lance além do Sistema Solar.

A ideia é de Alessandra Ferraz Ferreira, da Unesp (Universidade Estadual Paulista) de Guaratinguetá, que ganhou o prêmio de projeto mais inovador durante uma conferência realizada na Espanha.

E Alessandra não estava sozinha: Foram mais de 70 trabalhos apresentados sobre o mesmo tema durante Sexta Conferência Internacional sobre Cabos Espaciais, realizada pela Universidade Carlos III, em Madri, na Espanha.

Estilingue espacial

Usar um corpo celeste para acelerar uma nave é algo corriqueiro, com várias naves já tendo usado a chamada "assistência gravitacional", em que a nave passa de raspão por um planeta ou lua, sendo acelerada por sua gravidade.

O satélite ancorado TSS chegou a ser lançado, mas um arco voltaico criado pelo cabo acabou destruindo o veículo.
[Imagem: NASA]

A manobra proposta por Alessandra é conhecida como "manobra com estilingue com cabo", ou TSSM (Tethered Slingshot Maneuver), e visa aproveitar corpos menores, como asteroides ou mesmo cometas, que receberiam um cabo rígido - a rigor, uma haste muito fina - com 100 quilômetros de comprimento.

"A ideia é fixar uma das pontas de um cabo na superfície de um corpo, como um asteroide, e na outra extremidade ter um dispositivo de recebimento. Então lança-se, por exemplo, um satélite ou outro objeto na direção desse corpo e, quando chegar à posição em que está o dispositivo de recebimento, ele se conecta. A velocidade com que o objeto chega obriga o cabo a fazer uma rotação, gerando um efeito similar ao que temos se girarmos uma pedra amarrada em um barbante," explicou Alessandra.

Depois de impulsionado, o veículo se desconectaria e teria a rota alterada em relação àquela em que foi lançado. "O cabo substitui o efeito que a gravidade teria se aquele fosse um corpo maior, como um planeta, o que também acaba economizando combustível," explicou a pesquisadora.

Acelerar ou orbitar

Os dados indicam que a nave precisaria chegar ao dispositivo de recebimento no asteroide a 68,7 quilômetros por segundo (km/s) - o equivalente a 247.320 quilômetros por hora (km/h) - para se conectar ao cabo, obter o impulso desejado e, então, maximizar o ganho de energia. Isso ocorreria com inclinação da órbita próxima ao plano.

A equipe também analisou outros cenários: No caso de se aproximar a 7,7 km/s (27.720 km/h), por exemplo, a nave teria um ganho de energia mínimo; por volta dos 15 km/s (54.000 km/h), ela seria capturada pela órbita do asteroide, gravitando em torno dele indefinidamente.

"Todos esses cenários precisam ser previstos. Servem, inclusive, para outros fins como, por exemplo, se o objetivo for enviar um satélite para orbitar o asteroide," disse Alessandra.

Além disso, o cabo pode também desviar o veículo espacial da sua rota, naturalmente elíptica. Em vez de orbitar indefinidamente em torno do Sol, ao ser preso ao cabo ele passaria a traçar uma rota hiperbólica, pela qual sairia completamente do Sistema Solar.

Elevador espacial

Um elevador espacial é um tipo de veículo ancorado - só que permanentemente.
[Imagem: NASA]

O conceito de ancorar objetos em um corpo celeste data de 1895, quando o russo Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935) descreveu um elevador espacial, composto por um cabo que levaria cargas para uma estação fora da atmosfera terrestre. A ideia nunca foi testada porque ainda não existem materiais fortes o suficiente: o elevador colapsaria sobre o peso do próprio material antes de alcançar a altitude necessária.

Mas cabos menores já foram usados pela NASA, em missões desde a Gemini 11, lançada em 1967, com cabos espaciais entre 20 m e 1 km. Um muito maior, com 19,6 km de extensão, foi lançado por um ônibus espacial em 1996 a bordo do TTS (Tethered Satellite System), mas um arco voltaico atribuído a uma falha de isolamento fritou o cabo e o satélite foi perdido.

Ou seja, cabos espaciais na escala proposta por Alessandra também não foram ainda testados. Tampouco se sabe como fixar um desses em um asteroide, nem o método e os materiais para a fabricação do cabo e do dispositivo de acoplamento. O objetivo do estudo feito pelos cientistas brasileiros foi estabelecer os parâmetros para que uma manobra do tipo possa ser feita em um cenário em que todas essas questões de engenharia já estiverem resolvidas.

"Usamos como base um sistema de asteroides genérico, mas baseado em dados de um sistema existente. Calculamos os dados de aproximação do satélite a partir dos parâmetros desse sistema. Bastaria alterá-los para os de uma condição real para aplicá-los," disse Alessandra.

O sistema de asteroides usado como referência foi o 99942 Apophis, que muitos temem que possa destruir satélites em 2029 ao passar raspando pela Terra.

Bibliografia:

Artigo: Three-Dimensional Tethered Slingshot Maneuver in the Elliptic Restricted Problem
Autores: Alessandra F. S. Ferreira, Rodolpho V. de Moraes, Antonio F. B. A. Prado, Othon Cabo Winter
Link: https://eventos.uc3m.es/_files/_event/_17669/_editorFiles/file/Book_of_Abstracts.pdf