Startup britânica propõe essa ideia para conter a crescente ameaça de detritos espaciais
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O espaço está ficando lotado — os humanos já colocaram mais de 20 mil satélites em órbita desde o início da era espacial, e há planos para lançar milhares de outros nos próximos anos. Alguns desses satélites já queimaram na atmosfera ou caíram de volta na Terra, geralmente no oceano, mas mais de 13 mil ainda estão lá. Cerca de um quinto está inativo, simplesmente orbitando como lixo espacial.
Nas últimas duas décadas, centenas desses satélites mortos colidiram para criar milhões de pedaços de estilhaços. Isso cria um risco constante de colisão para satélites ativos e para a Estação Espacial Internacional — um problema tão grave que várias redes de vigilância ao redor do mundo observam de perto milhares de objetos maiores, para mover espaçonaves para fora do caminho quando necessário.
A crescente ameaça de detritos espaciais exige maior manobrabilidade em órbita e uma redução da quantidade de lixo. A startup britânica Magdrive afirma que pode ajudar com ambos, por meio de um novo sistema de propulsão para espaçonaves que serão lançadas ao espaço pela primeira vez no final deste ano e serão alimentadas por metal sólido.
“Queríamos construir algo que realmente movesse a agulha para a humanidade na indústria espacial e nos deixasse subir os degraus da escada para nos tornarmos uma civilização espacial”, diz Mark Stokes, cofundador da Magdrive em 2019.
Ele afirma que usar um sistema de propulsão de metal sólido pode tornar os satélites 10 vezes mais manobráveis, ao mesmo tempo em que reduz a massa dedicada à propulsão em 10 vezes.
A Magdrive está trabalhando em três versões de seus propulsores espaciais e, como funcionam com metal sólido, podem um dia até ser alimentados por lixo espacial coletado diretamente em órbita, transformando-o de ameaça em fonte de combustível.
O melhor dos dois mundos
Os satélites precisam de sistemas de propulsão por uma série de razões, incluindo mudar para uma órbita diferente, compensar o arrasto atmosférico que desestabilizaria a órbita em que estão, evitar detritos e, eventualmente, sair da órbita.
A maioria dos sistemas de propulsão de satélites atualmente são químicos ou elétricos, mas, de acordo com Stokes, ambos têm desvantagens: “A propulsão química tem um empuxo muito alto, mas sua eficiência — ou suas milhas por galão, se preferir — é muito baixa”.
“Por outro lado, os sistemas de propulsão elétrica hoje em dia têm características completamente opostas. Eles têm um empuxo muito baixo, mas uma eficiência excelente, excelentes milhas por galão.”
As maiores ambições da humanidade para a economia espacial, incluindo mineração de asteroides, grandes constelações de satélites e construção de estações espaciais em órbita estão, diz Stokes, fora de alcance por enquanto porque esses sistemas de propulsão exigem uma troca entre potência e eficiência — uma decisão que precisa ser tomada antes mesmo do satélite ser lançado.
“Estamos construindo o primeiro sistema desse tipo que tem o melhor dos dois mundos. É propulsão elétrica, mas tem uma melhoria de magnitude no empuxo, com uma redução de magnitude em volume e massa”, acrescentou.
A primeira versão do sistema Magdrive — chamado Warlock — está programada para ser lançada em órbita em junho de 2025. Ele funciona criando energia usando painéis solares de bordo, assim como os atuais sistemas de propulsão elétrica. Mas enquanto os atuais sistemas elétricos usam a energia para ionizar, ou detonar, um gás pressurizado — geralmente um produto químico tóxico chamado hidrazina — o Magdrive o usa para ionizar metal sólido.
O metal é muito denso, o que significa que ocupa menos espaço a bordo do que um tanque contendo gás pressurizado. Isso, ele acrescenta, tornaria a vida mais fácil para os fabricantes de satélites, que consideram os tanques pressurizados “uma dor de cabeça”, pois são difíceis de trabalhar e podem causar explosões se rompidos, enquanto o metal é inerte e não sofre degradação ao longo do tempo.
Por enquanto, o Magdrive usa cobre, escolhido porque é relativamente barato e amplamente disponível, embora qualquer metal faça o trabalho, de acordo com Stokes. Uma vez detonado, o metal é transformado em plasma extremamente quente e denso, ou gás eletricamente carregado.
“O que você obtém é esse plasma de cobre altamente energético saindo da parte de trás do propulsor”, continua Stokes, que move o propulsor na direção oposta.
Abastecido por lixo?
Por enquanto, o sistema não é reabastecível. No futuro mais distante, no entanto, Stokes acredita que o sistema poderia obter seu combustível do lixo espacial existente, coletando satélites mortos para metal para usar como propulsor — embora até agora esse plano seja apenas hipotético.
“O benefício disso é que seremos capazes de fechar o ciclo da nova economia da era espacial usando recursos que já estão lá”, diz Stokes.
Isso tornaria o Magdrive, acrescenta Stokes, o único sistema de propulsão que não precisa levar seu combustível todas as vezes.
“Agora, cada satélite precisa trazer seu propulsor da Terra, e isso é como construir um novo trem toda vez que você sai da estação”, diz.
A empresa está mirando sua primeira implantação comercial no ano que vem, e mirando clientes com uma ampla gama de necessidades: “Estamos construindo uma peça padronizada de hardware que pode caber a bordo de qualquer satélite — então, praticamente qualquer pessoa em toda a indústria espacial”, explica Stokes.
“Isso inclui uma variedade de aplicações diferentes, desde observação da Terra até manutenção de satélites e comunicações”, ele diz, e pode ser usado em satélites pesando de 10 quilos até 400 quilos.
Desafios significativos
De acordo com MinKwan Kim, professor associado de astronáutica na Universidade de Southampton, no Reino Unido, que esteve envolvido em projetos de pesquisa e colaborações com a Magdrive, usar combustível de metal sólido oferece armazenamento e manuseio simplificados em comparação com propelentes a gás ou líquidos.
Ele permite um design simples que é particularmente adequado para produção em massa, criando um caminho viável para futuras megaconstelações que exigem fabricação de satélites em larga escala.
“No entanto, o uso de propelente de metal apresenta um desafio significativo: contaminação da superfície, particularmente para painéis solares e sistemas ópticos”, ele acrescenta.
Como o plasma metálico é produzido durante a operação, ele pode facilmente se depositar em superfícies, afetando potencialmente o desempenho geral da espaçonave. Stokes diz que no sistema Magdrive, o combustível metálico é consumido completamente durante a reação, mas então se recombina no que ele chama de “material inerte disperso”, que ele diz que carrega apenas um pequeno risco de contaminar superfícies próximas devido à velocidade de saída das partículas — “nada para se preocupar excessivamente em atingir outros componentes ou outros satélites”.
Garantir uma geração de empuxo confiável e consistente, acrescenta Kim, representa outro desafio, particularmente para manobras precisas.
Os ciclos de aquecimento e resfriamento pelos quais o combustível metálico passa durante a geração de empuxo podem alterar sua estrutura cristalina atômica, afetando seu desempenho como propulsor. Para manter a saída de empuxo uniforme, um sistema preciso de monitoramento e controle seria necessário, adicionando complexidade ao sistema.
Quanto ao uso de detritos espaciais como combustível, Kim diz que é teoricamente possível, mas há desafios técnicos e regulatórios significativos.
A primeira é que, embora o lixo espacial possa parecer um recurso gratuito, o Tratado do Espaço Exterior (OST) da ONU afirma que a propriedade de objetos lançados no espaço permanece inalterada, mesmo que se tornem detritos. Isso significa que a permissão do proprietário original é necessária antes de reciclar um satélite.
Além disso, alguns satélites contêm dados confidenciais ou tecnologia proprietária, tornando os proprietários relutantes em conceder acesso. Finalmente, o país de lançamento é responsável por quaisquer incidentes causados por um satélite reciclado, adicionando outra camada de complexidade legal.
Depois, há as questões práticas, diz Kim: “Satélites desativados são incontroláveis e frequentemente caem, tornando a recuperação extremamente difícil. Capturá-los e protegê-los requer manobras complexas, uma tecnologia ainda em sua infância”, diz ele.
Kim acrescentou que esses satélites não são feitos apenas de metal, mas também de materiais como silício e polímeros, o que é um problema porque a qualidade e a pureza do propulsor metálico impactam diretamente o desempenho do empuxo, portanto, sem um controle rígido sobre a composição do metal coletado, seria difícil obter um empuxo confiável e previsível.
“Como resultado, embora o metal derivado do lixo espacial possa ser adequado para manobras de não precisão, como desorbitação, é improvável que seja viável para propulsão de alta precisão.”
Órbita da Terra está cheia de lixo espacial e isso é um problema
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