Propulsor de íons

Propulsor de Íons^[1] é um dos diversos tipos de propulsão espacial, que utiliza feixe de íons como força propulsora.

 Os métodos de aceleração de íons são variados, mas todos utilizam a vantagem da relação carga-massa dos íons,

 acelerando-os avelocidades elevadas utilizando campos elétricos elevados. Dessa forma, um propulsor de íons é 

capaz de conseguir umimpulso específico elevado com pequena massa de reação. Os propulsores de íons permitem

 uma eficiência maior que os propulsores a foguete tradicionais de combustível líquido, porém com baixas

 acelerações.

O primeiro motor a íon, conhecido como Motor de Íons tipo Kaufman, foi desenvolvido por Harold R. Kaufman, 

físico da NASAnos anos 1960, e foi baseado no Duoplasmatron.

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Modelos de propulsores de íons

Existem vários modelos de propulsores de íons em desenvolvimento atualmente; alguns já em uso e

 outros ainda em testes. Alguns dos tipos são:

• Electrostatic ion thrusters
• Field Emission Electric Propulsion
• Hall effect thrusters
• Helicon Double Layer Thruster
• Electrodeless plasma thruster
• Pulsed inductive thruster
• Magnetoplasmadynamic thruster
• Variable specific impulse magnetoplasma rocket

Outras formas de propulsores elétricos de alta eficiência foram também propostos. Para maiores detalhes, 

veja Propulsão de naves espaciais

[editar]Desenho Geral

No projeto mais simples, chamado motor a íons eletroestático, um gás inertecomo argônio ou vapor de mercúrio 

são ionizados pela exposição a elétronsfornecidos por um cátodo. O íons assim produzidos são acelerados 

passando por uma grade altamente carregada eletroestaticamente. Elétrons são, então, injetados dentro do fluxo 

de íons enquanto os íons carregados positivamentesão ejetados pelo motor. Isso mantém a espaçonave 

eletricamente neutra. A aceleração é conseguida com uma pequena massa de reação (isto é, o impulso 

específico é muito elevado).

[editar]Uso de Energia

A principal preocupação é a quantidade de energia ou força requerida para o funcionamento do motor, utilizada em

 parte para ionizar os materiais, mas principalmente para acelerar os íons às velocidades extremamente altas

 requeridas para o perfeito funcionamento do motor. Velocidades de exaustão da ordem de 30 km/s não são

 incomuns. Essas velocidades são bem suporiores às velocidades conseguidas com os melhores foguetes 

químicos, que chegam a 3–4.5 km/s. E isso conseguido com uma quantidade notavelmente baixa de 

propelente.

Utilizando propulsores de íons, a maior parte da energia é utilizada para impulsionar os íons a alta velocidade, e 

isto afeta os níveis de pressão. Sabemos que a pressão total obtida de uma dada quantidade de energia é 

inversamente proporcional à velocidade de exaustão (desde que o consumo de energia por o quilograma do 

propulsor seja proporcional à velocidade da exaustão, mas a pressão por o quilograma do propulsor é somente

 proporcional à velocidade da exaustão ^[2]). Para aumentar a força de exaustão em 10 vezes, é necessário um 

aumento de 100 vezes da potência elétrica.

Para um exemplo extremo, um motor de íon que usa um acelerador de partículas pode ser projetado para

 conseguir uma velocidade da exaustão que aproxima a velocidade de luz. Isto poderia fornecer um impulso 

específico de propulsão que aproxima 30.000.000 segundos, mas este daria inevitável uma força de aceleração 

insignificante devido ao fluxo baixo do propulsor.

A velocidade da exaustão alcançada por íons quando são acelerados dentro de um campo elétrico pode ser 

calculada usando a seguinte equação (não-relativistica):

[editar]Força de Aceleração

Na prática, com as fontes de energia utilizadas atualmente com geração de uns dez quilowatts, os motores a 

íons dão somente forças extremamente modestas (frequentemente dezenas ou centenas de newtons). Os 

grandes motores de propulsão de íons requerem fontes de força elétrica grandes e maciças. Os motores do íons 

fornecem tipicamente taxas de aceleração para naves espaciais de 10^-5 a 10^-3 g (0.0001 m/s² a 0.01 m/s²).

[editar]Vida útil

Devido à baixa força de impulso, o tempo de vida do motor de íons torna-se importante. O motor deve ser mantido

 funcionando por uma grande parte do tempo, para garantir uma aceleração contínua e permitir uma velocidade 

útil.

No projeto mais simples de motor iônico, os íons frequentemente colidem com a grade aceleradora, produzindo 

desgaste na mesma e sua eventual falha. Grades aceleradores menores diminuem a probabilidade dessas 

colisões, porém também diminuem a quantidade de carga elétrica que podem acumular, diminuindo assim a 

aceleração.

Foguete de antimatéria

Um foguete de antimatéria é uma classe de foguetes que usa antimatériacomo fonte de força. Existem vários tipos de projetos para alcançar este objetivo. A maior vantagem desse tipo de foguete é a completa conversão da massa da mistura matéria/antimatéria em energia, o que possibilita uma densidade de energia e um impulso específico

 maior do que qualquer outro tipo de foguete.

Foguetes de antimatéria podem ser divididos em três tipos: os que utilizam os produtos gerados pela aniquilação

 matéria/antimatéria diretamente para propulsão, os que utilizam o calor gerado pela aniquilação para aquecer um

 fluido e então gerar propulsão e os que utilizam o calor gerado pela aniquilação para aquecer um fluido e gerar

 eletricidade para uma espaçonave com um sistema de propulsão elétrico.

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Uso direto dos produtos da reação

Uma reação de aniquilação de Antipróton produz raios gama, além de mesons com carga elétrica 

e sem carga elétrica. Os mesons com carga elétrica podem ser canalizados por um tubo magnético,

 produzindo propulsão. Esse tipo de foguete de antimatéria não é muito eficiente, já que existe uma

 perda de energia grande. Apenas as partículas com carga elétrica podem ser canalizadas. As demais

 partículas e os raios gama gerados são perdidos.

Uma reação de aniquilação de Positron, por sua vez, produz apenas raios gama. Eugen Sanger propôs esse tipo 

de propulsão, assumindo que se poderia utilizar algum material para refletir os raios gama, utilizando um tipo de

 vela solar. Porém ainda não se conhece nenhum tipo de material que poderia ser utilizado para isso.

[editar]Calor para aquecer um fluido de exaustão

Vários métodos de aquecimento de escape de fluidos utilizando os raios gama produzidos pela aniquilação de

 pósitrons têm sido propostos^[1] Estes métodos são semelhantes aos propostos para um foguete térmico nuclear.

 Um método proposto é a utilização de raios gama de aniquilação de pósitrons para aquecer um núcleo de motor

 sólido. Hidrogênio gasoso é canalizado através deste núcleo, aquecido, e expulso de um tudo de exaustão. Um

 segundo tipo de motor proposto utiliza a aniquilação de pósitrons dentro de um pallet de chumbo ou de xenônio 

gasoso comprimido para produzir uma nuvem de gás quente, que por sua vez aquece uma segunda camada 

envolvente de hidrogênio gasoso. Aquecimento direto do hidrogênio por raios gama era considerada impraticável,

 devido à dificuldade de comprimir o suficiente dentro de um motor de tamanho razoável para absorver os raios

 gama. Um terceiro tipo de motor proposto utiliza a aniquilação de raios gama para aquecer uma vela ablativa,

 com o material ablacionado fornecendo o impulso. Tal como acontece com foguetes nucleares térmicos, o 

impulso específico que pode ser obtido com estes métodos está limitada por considerações materiais, sendo 

tipicamente na faixa de 1000-2000 segundos. ^{[carece de fontes]}

[editar]Calor gerando eletricidade

A idéia de usar antimatéria para alimentar uma nave espacial de propulsão eléctrica também foi proposta. Estes 

projetos propostos são normalmente semelhantes aos sugeridos pora foguetes de propulsão elétrica nuclear.

 Aniquilações de antimatéria são usados para, direta ou indiretamente, aquecer um fluido de trabalho, como em

 um foguete nuclear térmico, mas o líquido é usado para gerar eletricidade, que é então utilizado para alimentar 

alguma forma de sistema elétrico de propulsão espacial. O sistema resultante possui parte de muitas das 

características de outras propostas de propulsão eléctrica (normalmente alta impulso específico e baixo empuxo).

[editar]Dificuldades com foguetes de antimatéria

As principais dificuldades práticas com foguetes antimatéria são os problemas de criação e de armazenagem de 

antimatéria. Criar antimatéria requer grandes quantidades de energia, pelo menos equivalentes à energia de

 repouso de cada par partícula/antipartícula criada e, normalmente (para a produção de antiprótons) dezenas de

 milhares a milhões de vezes mais. A maioria dos projetos propostos de foguetes de antimatéria requer uma 

grande quantidade de antimatéria (cerca de 10 gramas para chegar a Marte em um mês)^[2] A maioria dos 

esquemas propostos para armazenamento em naves interestelares exigirá a produção de pallets congelados de 

antihidrogênio. Isso requer refrigeração de antiprótons, ligação com pósitrons, e captura dos átomos 

antihidrogênio resultante - tarefas que foram realizados apenas para um pequeno número de átomos individuais. 

Armazenamento de antimatéria é tipicamente feito por interceptação de antihidrogênio eletricamente carregado 

congelado em pellets em armadilhas de Penning ou armadilhas de Paul. Embora não haja nenhuma barreira 

teórica a essas tarefas que estão sendo executadas na escala necessária para abastecer um foguete de 

antimatéria, espera-se que seja extremamente (e talvez exageradamente) caro.

Um problema secundário é a extração de energia útil, ou o impulso a partir dos produtos da aniquilação da 

antimatéria, que são principalmente sob a forma de energia extremamente alta (radiação ionizante). Os 

mecanismos de antimatéria propostos até hoje, sugeram mecanismos plausíveis para o aproveitamento da 

energia a partir desses produtos aniquilação.

Foguete de fusão

Foguete de Fusão — é um modelo de foguete que utiliza energia derivada defusão nuclear.

Embora os conceitos que proporcionam uma reação de fusão

 nuclear sejam bem conhecidos, ainda não se conseguiu um

 método de gerar energia de forma sustentada utilizando a

 mesma. Para utilização em vôos espaciais, a maior vantagem

 da fusão nuclear é o grande impulso específico alcançado, e 

a maior desvantagem é a (provável) grande massa necessária

 para o reator de fusão (tokamak). Porém, um motor movido a

 fusão nuclear geraria menos radiaçãoque um motor que 

utilizasse um reator de fissão nuclear, o que reduziria a massa

 necessária para um escudo anti-radiação.

A maneira mais fácil de construir um foguete da fusão com 

tecnologia atual é usar bombas de hidrogênio, como o

 proposto no Projeto Orion. A proposta doProjeto Daedalus para um foguete de fusão com confinamento inercial 

provavelmente não funcionaria nos dias de hoje, dado o estado atual de nosso conhecimento.

[editar]Geração de Eletricidade vs. Propulsão Direta

Muitos métodos de propulsão espacial, tais como propulsores de íons, requerem eletricidade para funcionar mas

 são altamente eficientes. Em alguns casos sua propulsão máxima é limitada pela quantidade de força elétrica que

 pode ser gerada. Um geradorelétrico que funcionasse com fusão nuclear poderia ser instalado para prover a 

eletricidade para mover tal nave. Uma desvantagem é que a produção convencional da eletricidade requer um

 dissipador de temperatura, que é difícil (isto é, pesado) em uma nave espacial. A conversão direta de

 energia cinética dos produtos da fusão em eletricidade é uma possível forma de reduzir este problema.

Uma possibilidade atrativa é simplesmente direcionar para fora a exaustão do produto da fusão na parte traseira do

 foguete para fornecer a propulsão sem a produção intermediária de eletricidade. Isto seria mais fácil com alguns

 esquemas do confinamento (por exemplo espelhos magnéticos) do que com outros (por exemplo o tokamak). 

Somente 20% do poder produzido pela reação fusão poderia ser usado desta maneira; os outros 80% é liberado 

na forma de nêutrons que, por não poderem ser dirigidos por campos magnéticos ou por paredes contínuas, 

seriam muito difíceis de se usar para propulsão.

Mesmo se uma reação auto-sustentada de fusão não possa ser produzida, pode ser possível usar a fusão nuclear 

para impulsionar um outro sistema da propulsão, tal como o motor de foguete VASIMIR (VAriable Specific Impulse

 Magnetoplasma Rocket).

[editar]Conceito de Confinamento

Para sustentar um reator de fusão, o plasma de hidrogênio utilizado como combustível deve ser confinado. A mais

 promissora forma de configuração para este confinamento é o chamado tokamak, uma forma de confinamento

 magnético de fusão nuclear. Atualmente, os geradores do tipo tokamak pesam mais ou menos como um navio

 petroleiro.

A principal alternativa ao confinamento magnético é fusão por confinamento inercial, tal como o do Projeto Orion.

 Um pequeno recipiente de combustível nuclear (com um diâmetro de milímetros) seria inflamada por um feixe de 

elétrons ou por um laser. Para produzir a propulsão, um campo magnético daria forma a uma placa de propulsão.

 No princípio, a reação de Hélio-3-Deutério poderia ser usada para maximizar a energia das partículas carregadas 

e minimizar a quantidade de radiação, mas é altamente questionável se esta reação é praticável.

Propulsão nuclear

Propulsão nuclear designa uma grande variedade de métodos de propulsão, os quais usam 

alguma forma de reacção nuclear como fonte primária de potência. Muitos submarinos militares

 e um número crescente de grandes navios – quebra-gelos e porta-aviões, usam reactores nucleares 

Como fonte de potência. Adicionalmente, vários tipos de propulsão nuclear foram propostos, 

e alguns deles testados, para aplicações espaciais:

• Propulsão de Pulso Nuclear Catalizado de Antimatéria
• Propulsão Bussard
• Propulsor de Fragmento de Fissão
• Navegação de Fissão
• Propulsor de Fusão
• Reator Propulsor de Núcleo Gasoso
• Propulsor Elétrico-Nuclear
• Propulsor Fotônico-Nuclear
• Propulsão de Pulso Nuclear
• Propulsor Nuclear de Água Salgada
• Propulsor Térmico Nuclear
• Propulsor de Radio-Isótopo

Combustível híbrido

Combustível híbrido

Foguete de combustível híbrido - é o foguete que utiliza um combustível e um comburente que encontram-se em diferentes estados: líquido/sólido ougasoso/sólido. É o meio-termo entre o foguete de combustível sólido e ofoguete de combustível líquido.

A sua configuração mais comum é um motor de foguete composto de umpropelente (combustível sólido) preenchendo uma câmara de combustão na qual um comburente líquido ou gasoso é injetado.

É possível empregar como combustível a parafina usada na fabricação develas e como comburente o óxido nitroso (popularmente conhecido como gás do riso).

Através de uma reação extremamente exotérmica produz-se gases quentes que são expelidos através de uma tubeira de Laval tornando possível apropulsão.

Atualmente, (2008) alguns países, como EUA e Brasil, procuram desenvolver foguetes com este tipo de propulsor.

Combustível sólido

Combustível sólido

Um foguete^br (ou foguetão^pt) de combustível sólido é um foguete com um motor que usa um propulsor sólido (óleo combustível/oxidante). Os primeiros foguetes usavam este combustível, que funciona com pólvora, usado pelos chineses nas guerras do século XIII. Todos os foguetes usaram alguma 

forma de propelente sólido ou enchimento sólido até o século XX,

 quando o foguete de combustível líquido e o foguete de combustível híbrido ofereciam mais 

eficiência e alternativas controláveis. Osfoguetes sólidos ainda se usam hoje no 

modelismo de foguetes, e em grandes aplicações por sua simplicidade e confiabilidade.

Os foguetes de combustível sólido não são estranhos na exploração espacial moderna, mas 

como podem permanecer armazenados durante grandes períodos - e logo lançados sem 

problemas com pouca preparação - frequentemente tem sido usados em aplicações militares

 tais como os mísseis. Os foguetes de combustível sólido não podem ser usados como 

propulsor principal na astronáutica moderna exploração espacial, mas sim é muito comum 

como foguetes "reforçadores" (booster rockets).

Conceitos básicos

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Um motor simples de um foguete sólido consta 

de um revestimento aerodinâmico em sua 

extremidade, a tubeira de Laval, a carga do propulsor, e o dispositivo de ignição.

A carga se comporta como uma massa sólida, queima de uma maneia predizível e produz 

gases de combustão.

 As dimensões da tubeira são calculadas para manter uma pressão de câmara prevista, 

enquanto produz o empuxo com os gases de combustão.

Uma vez acendido, um motor simples de um foguete sólido não pode apagar-se, porque 

contém todos os ingredientes necessários para a combustão dentro da câmara na qual está

 queimando. Os motores mais avançados de foguetes sólidos não só podem ser regulados

 senão que também podem serapagado e logo reiniciado controlando a geometria da tubeira

 ou mediante o uso de comportas de ventilação. Além disso estão disponíveis motores de 

foguetes pulsados que queimam em segmentos e que podem ser acendidos com instruções.

O desenhos modernos podem além disso incluir uma tubeira dirigível para controle, aviônica,

hardware de recuperação (pára-quedas), mecanismos de auto-destruição (engenharia), APUs,

 motores de táctica controlável, um diversor controlável e motores de controle de altitude e

 materiais de controle térmico.

[editar]Satélites de Comunicação

Os satélites de comunicação da série HS 376, da qual fizeram parte os satélites Brasilsat A1

 e Brasilsat A2, possuem um foguete de combustível sólido que é usado como 

motor de apogeu, para fazer a fase final da transferência de Hohmann.