Desenvolver combustíveis eficazes, seguros e não poluentes para levar naves ao espaço é um dos grandes desafios da ciência atual. E da engenharia química. Afinal, abastecer uma nave não é como levar o carro ao posto de gasolina. A necessidade de uma grande quantidade de combustível, que consiga levar uma nave pesada para fora da órbita, já é um desafio. Assim, pensar em formas de fazer isso com a máxima eficiência e o mínimo uso está nas planilhas e cálculos dos engenheiros.
Imagine levar um artefato ao espaço, que pode ser um foguete ou nave. O peso pode variar, mas vamos pensar em umas 30 mil toneladas. Boa parte disso é feita do combustível que vai levar a nave ao espaço. Nos cálculos do engenheiro químico, ele precisa saber a quantidade exata de combustível para levar a nave tão alto. São muitos os fatores que devem ser considerados para esse feito, mas basicamente dois.
O que você verá neste artigo:
Engenharia química e o combustível
Na hora de pensar no lançamento do foguete, um dos fatores que o engenheiro químico tem que pensar é no peso total da aeronave e para onde ela vai. Isso faz toda a diferença. Há satélites que ficam em órbita geoestacionária, na qual eles acompanham o movimento da Terra. Nesse caso, a distância é de 35.786 km acima do nível do mar.
Há também as órbitas baixas, que ficam entre 160 a 2.000 km de altitude. A órbita média fica em torno de 20.000 km. Ou seja, para levar o satélite para cada distância, e considerando o peso da nave, o engenheiro deve calcular quanto combustível será necessário. Sem excessos ou faltas.
O outro fator é vencer a força da gravidade da Terra. Perceba que tudo o que você joga para cima cai. Isso é a atração da gravidade. Para jogar algo para cima e que vá até o espaço, precisamos de uma força muito maior. É onde entra a quantidade exata de combustível para levar o foguete para fora, sem que ele caia. Mas esta é uma das partes desta história.
Como se manter no espaço
Falamos lá atrás que grande parte do peso de um foguete vem dos tanques de combustível. Mas nem sempre ela vai usar combustível no espaço. Geralmente, satélites e a Estação Espacial Internaicional (ISS, da sigla em inglês) usam painéis de energia solar para abastecer toda a sua estrutura.
Por outro lado, como manter foguetes à combustão, se no espaço não tem ar? Há combustíveis sólidos, que não precisam de ar para funcionar, e a propulsão por gases, que consegue direcionar a nave. Nos casos de satélites geoestacionários e a ISS, por estarem fora do alcance da gravidade terrestre, eles acompanham o movimento da Terra.
Como uma nave vai para o espaço?
Um dos combustíveis mais usados hoje para levar as naves para fora da Terra é a hidrazina. Com estrutura similar à amônia, ela é muito energética e eficaz, do ponto de vista de energia. Mas seu manuseio é muito perigoso, além de ser extremamente volátil. Além de causar câncer, no caso de acidentalmente esse combustível ter contato com alguém por longo tempo, ele é muito poluente.
A vantagem da hidrazina até agora é que ela consegue criar uma força tão forte que impulsiona o foguete para fora da atmosfera. É a terceira lei de Newton, da ação e reação. A força que a hidrazina sendo consumida faz para baixo levanta o foguete para cima. Mas há alternativas sendo desenvolvidas para substituir a hidrazina.
Nova tecnologia na Engenharia Química
Um dos estudos sobre novos combustíveis é feito no Brasil, pelo Inpe (Instituto Nacinal de Pesquisas Espaciais). Esse combustível mistura etanol (o que colocamos nos carros) com etanolamina e peróxido de hidrogênio (a famosa água oxigenada). Claro que as proporções são maiores do que as usadas no dia a dia. Esse combustivel não é tão potente quanto a hidrazina, mas ele tem força suficiente para colocar em órbita naves que já estejam no meio do caminho. Esse novo combustível já reduz tanto o custo de manuseio (visto que ele não é volátil), o risco e não é poluente.
A energia solar é uma ótima fonte de energia para naves que fiquem em órbita geoestacionária, mas não são eficazes para longas distâncias. Afinal, quanto mais longe do sol, menos energia solar se recebe. Para abastecer uma nave somente com energia solar em Marte ou Júpiter, haveria a necessidade de painéis solares enormes, o que ainda não é possível.
Energia nuclear como combustível?
Essa é uma solução tão eficaz quanto controversa. A energia nuclear não é vista para resolver o problema da propulsão do foguete, que é colocá-lo em órbita, mas para manter a nave funcionando em missões mais longas. Na engenharia química, lidar com radiação tem um desafio adicional: o escape de partículas radioativas perigosas. Embora seja considerada uma forma de energia limpa, lidar com os rejeitos – e possíveis acidentes – ainda causa muita discussão.
Satélites como a Voyager-1 e a Voyager-2, que estão a bilhões e bilhões de quilômetros da Terra, estão há mais de 40 anos funcionando. Com uma bateria nuclear. Como esse tipo de energia leva muito tempo para ser consumida, ela é ideal para longas distâncias. Mas, como colocar uma bateria nuclear em uma missão tripulada? Quais seriam os riscos? Essa resposta a ciência ainda não tem. A engenharia química pensa em formas seguras de criar baterias nucleares que sejam, ao mesmo tempo, seguras e eficazes.
Como é a faculdade de Engenharia Química?
O primeiro passo para entrar no mundo da pesquisa por novos combustíveis é fazer a faculdade de Engenharia Química, que tem cinco anos de duração. Há as modalidades presencial ou semipresencial, e o aluno tem aulas de química orgânica, inorgânica, física, bioquímica e cálculo, entre outras. São essas disciplinas que vão dar toda a base para que o engenheiro possa começar na área de pesquisa de combustíveis.
Uma pós-graduação que pode ajudá-lo nessa empreitada é de Engenharia Aeroespacial, que vai agregar conhecimentos como aviônica, mecânica dos fluidos e a termodinâmica. Assim, além de aprender como projetar e construir um foguete, ele poderá pensar já nos melhores combustíveis. E desenvolver novos, mais eficazes e menos poluentes.
