Motor de plasma pode levar seres humanos a Marte usando 100 milhões de vezes menos combustível

Físicos na França descobriram como otimizar um tipo avançado de propulsor de foguete elétrico que usa uma corrente de plasma viajando a 72.420 quilômetros por hora, para aprimorar naves espaciais, gastando até 100 milhões de vezes menos combustível do que a química convencional dos foguetes.

Conhecido como Propulsor Hall, estes motores operam no espaço desde 1971, e agora são rotineiramente usados em satélites de comunicação e sondas espaciais para ajustar suas órbitas. Os cientistas querem usá-los levando seres humanos a Marte. Porém, há um grande problema na logística, pois o tempo de vida atual de um propulsor Hall é de cerca de 10.000 horas de operação, e isso é muito pouco para a maioria das missões de exploração espaciais, que requerem mais de 50.000 horas.

Os Hall funcionam como propulsores iônicos regulares de fluxo de íons carregados, com a explosão de um ânodo para um cátodo (eletrodos positivamente e negativamente carregados), neutralizados por um feixe de elétrons. Isso faz com que o lançador se direcione de uma maneira, e o foguete anexado, de outra, impulsionando-o para frente.

A diferença dos propulsores Hall é que, em vez de ter um cátodo físico, são combinados um campo magnético e uma nuvem de elétrons presos para criar um cátodo “virtualmente” oco. Uma pequena quantidade de gás propulsor – geralmente xenônio – é injetado no canal do propulsor para produzir um fluxo de íons carregados. Como eles são muito pesados para serem apanhados no campo magnético do cátodo virtual, eles podem ser neutralizados, criando uma descarga de plasma de baixa pressão, produzindo o impulso na direção oposta ao fluxo de íons.

O processo garante um ótimo funcionamento, mas a parte do propulsor que contém o ânodo, o cátodo virtual e a nuvem de elétrons é o que está o segurando de volta. Este contêiner, chamado de parede do canal de descarga, está sendo constantemente bombardeado com íons de alta energia, puxando-o para baixo, fazendo com que o motor precise ser restaurado a tempo de ter a parede reparada ou substituída.

Assim, os cientistas do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica decidiram retirar a parede do canal de descarga completamente. “Uma abordagem eficaz para evitar a interação entre o plasma e a parede do canal de descarga é mover as regiões de ionização e de aceleração fora da cavidade, com um design pouco convencional”, disse a pesquisadora-chefe, Julien Vaudolon.

Infelizmente, o primeiro protótipo (à esquerda na imagem) foi um fracasso total. “O ânodo vermelho deve ser alinhado na parede emissora de xenônio. Em vez disso, ela está no campo magnético, permitindo a aglomeração de elétrons, reduzindo o desempenho. O novo desenho (do lado direito) possui a pequena alteração, permitindo que o ânodo mantenha-se afastado do campo. Este parece funcionar”, revelou Julien, que publicou sua pesquisa na Applied Physics Letters.

Como o motor consome muito menos combustível do que os foguetes químicos convencionais, isso liberaria espaço na nave espacial para enviar carga, ou talvez mais pessoas. Isso significa que o potencial de missões de longa-duração no espaço aumentou, tornando a ideia de transportar humanos e suprimentos regulares para Marte mais próxima da realidade.

Não foi revelado o quanto este novo design poderia estender a vida útil do propulsor Hall, mas se os pesquisadores puderem colocá-lo para funcionar durante 50.000 horas, o projeto poderia revolucionar a exploração espacial no futuro.

[ Science Alert ] [ Foto: Reprodução / CNRS / LAPLACE e CNRS / ICARE ]