Atualizado 21 de maio de 2025 por Sergio A. Loiola
Engenheiros Aeroespaciais da Universidade Texas A&M e a Canopy Aerospace desenvolveram um material impresso em 3D que “transpira” um gás refrigerante para proteger naves espaciais, prometendo revolucionar os voos espaciais em série.
À medida que as viagens espaciais se tornam mais comuns, a necessidade de reutilizar naves espaciais aumentará. A solução pode ser uma nave espacial que “suem”.
Nesse sentido, uma equipe de pesquisadores da Universidade Texas A&M está desenvolvendo um novo material impresso em 3D que pode liberar um gás refrigerante durante a reentrada de naves espaciais para ajudar a protegê-las do superaquecimento.
A técnica pode reduzir a necessidade de materiais ablativos, acelerando a recuperação de naves espaciais reutilizáveis.
A Inovação foi comunicada pelo Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade Texas A&M.
As maneiras típicas de garantir que uma nave espacial não seja gravemente danificada durante a descida são usar escudos térmicos ablativos descartáveis, que queimam, ou ladrilhos de cerâmica, que suportam o calor, mas devem ser substituídos antes que a nave possa ser reutilizada. Ambas as técnicas exigem manutenção intensiva após a descida, bem como a destruição de material durante a mesma.
O novo material impresso em 3D, teoricamente, exigiria apenas o reabastecimento com gás refrigerante antes que o escudo térmico pudesse ser reutilizado.
Em teoria, a reforma de uma nave espacial poderia levar semanas ou meses e reduzi-la a meros dias ou horas, tornando-a muito mais parecida com um jato comercial.
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O maior obstáculo para tornar uma nave espacial totalmente reutilizável é suportar o calor intenso que ela encontra ao reentrar na atmosfera em altas velocidades.
As naves espaciais tradicionais dependem de escudos térmicos que queimam completamente ou de placas de cerâmica que podem precisar ser substituídas entre os voos.
Espaçonaves modernas, como a Starship da SpaceX, demonstram um maior grau de reutilização ao usar escudos térmicos mais avançados do que suas antecessoras.
Uma nave espacial suada poderia abandonar completamente os escudos térmicos e utilizar um método chamado resfriamento por transpiração.
Esse método cria uma camada de gás ao longo da superfície do veículo que não apenas resfria a nave espacial, mas também atua como uma barreira, impedindo o contato direto com a atmosfera quente.
“O gás tem uma condutividade térmica muito baixa”, disse o Dr. Hassan Saad Ifti , professor assistente de engenharia aeroespacial do departamento. “É por isso que uma jaqueta puffer é tão eficaz. Ela retém o ar nessas bolsas, então é o isolamento do ar que mantém você aquecido, não a parte sólida da jaqueta.”
Como o gás liberado isola o veículo, escudos térmicos descartáveis não são mais necessários. Isso poderia reduzir o intervalo entre voos de meses, como observado com o ônibus espacial, para algumas horas, mais próximo do tempo de rotação de um jato de passageiros.
A equipe de Engenheiros desenvolveu um material de carboneto de silício impresso em 3D que é forte o suficiente para suportar altas pressões atmosféricas durante a subida e a reentrada, mas também poroso o suficiente para permitir a passagem de um gás refrigerante.
A ideia é que, durante a descida, o material possa “expelir” o gás, resfriando o escudo térmico de dentro para fora ao passar por ele, criando uma camada protetora ao redor da espaçonave, evitando reaquecimentos futuros.
Embora usar gás como isolante para naves espaciais existe há décadas, não é tão simples quanto prender uma jaqueta inflável a um foguete.
Até agora, as limitações na ciência dos materiais, no poder computacional e nas capacidades de testes em solo tornaram a implementação desafiadora.
Este projeto conectará os recursos de ciência de materiais da Canopy Aerospace com as instalações de teste de última geração da Texas A&M e a experiência em hipersônica dos pesquisadores de engenharia aeroespacial para superar essas limitações.
“Estamos em uma ótima posição para reunir experiência em aerodinâmica e testes de alta velocidade para garantir o sucesso deste projeto”, disse o Dr. Ivett Leyva , chefe do departamento de engenharia aeroespacial.
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Para que o resfriamento por transpiração em voos espaciais seja bem-sucedido, o material do casco da nave espacial deve ser forte o suficiente para suportar pressões extremas, mas poroso o suficiente para que o líquido de arrefecimento possa transpirar.
A Canopy Aerospace já desenvolveu o material, um carboneto de silício impresso em 3D. O primeiro lote de protótipos foi enviado à Texas A&M para testes de alta velocidade.
“O gás tem uma condutividade térmica muito baixa”, disse o professor assistente de engenharia aeroespacial, Hassan Saad Ifti. “É por isso que uma jaqueta inflável é tão eficaz. Ela retém o ar nessas bolsas, então é o isolamento do ar que mantém você aquecido, não a parte sólida da jaqueta.”
William Matthews, um aluno do quarto ano de doutorado, está liderando o desenvolvimento de equipamentos de teste para avaliar a eficácia do material, tanto em relação à eficiência com que ele transpira gás quanto à eficácia com que esse gás isola uma espaçonave.
“Devemos observar que a superfície do material é mais fria em velocidades hipersônicas quando o fluxo de refrigerante é introduzido do que a linha de base quando não há refrigerante presente”, disse Matthews. “Dependendo da qualidade da permeação do gás no material, há muitos resultados potenciais para essa tecnologia, e esses testes devem nos ajudar a decidir qual direção queremos seguir.”
Os testes iniciais em túnel de vento no Laboratório Nacional de Aerotermoquímica e Hipersônica da Estação Experimental de Engenharia da Texas A&M proporcionarão uma compreensão básica da física por trás do resfriamento por transpiração em voos espaciais.
Os resultados ajudarão a Texas A&M e a Canopy Aerospace a determinar os requisitos para uma missão em larga escala e a construir a base para o uso comercial da tecnologia.
“Estou otimista com essa tecnologia”, disse Ifti. “Se tudo correr bem, poderemos ver naves espaciais suadas no céu até o fim de nossas vidas.”
Protótipos deste novo material estão sendo testados para encontrar a maneira ideal de passar a quantidade correta de gás para a superfície do escudo térmico nas velocidades e temperaturas corretas.
Se o gás conseguir permear o material com eficácia e protegê-lo durante os períodos mais quentes da fase de descida, há muitas aplicações potenciais para esta tecnologia em viagens espaciais e além.
Teoricamente, ela poderia permitir que foguetes reutilizáveis e outras espaçonaves fossem preparados para reutilização em períodos de tempo muito mais curtos e com menos custos.
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É Livre a reprodução de matérias mediante a citação do título do texto com link apontando para este texto. Crédito do site Nature & Space
NAVE QUE TRANSPIRA PROMETE SALTO NA REUTILIZAÇÃO EM SÉRIE
Bibliografia
Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade do Texas
Sweating Spacecraft? A Cool New Way to Deal with Atmospheric Reentry
Texas A&M Engineering Experiment Station Aerothermochemistry and Hypersonics National Laboratory
