Na década de 1990, a NASA projetou um avião espacial experimental destinado a ser uma alternativa econômica aos foguetes caros.
Chamado de X-33, foi baseado em um conceito chamado SSTO – ou “estágio único para orbitar”. A TSM elimina estágios de foguete em voos espaciais convencionais – em que o foguetes contendo motores e combustível são descartados durante a subida para reduzir o peso -, favorecendo um único nave espacial totalmente reutilizável.
O X-33 foi projetado para ser lançado verticalmente como um foguete, mas pousar em uma pista como um avião, com o objetivo de reduzir o custo de enviar uma libra (cerca de 450 gramas) de carga útil para a órbita de US$ 10 mil (cerca de R$ 56 mil) para apenas US$ 1.000 (cerca de R$ 5.600).
No entanto, o programa foi cancelado em 2001 devido a dificuldades técnicas, somando-se a uma lista de projetos semelhantes que não se concretizaram.
“Eu estava liderando o programa X-33 e desistimos dele porque nossa avaliação era que custaria mais do que estávamos dispostos a gastar, e estávamos no limite de nossas capacidades tecnológicas para realmente fazê-lo”, diz Livingston. Holder, engenheiro aeroespacial, ex-astronauta da USAF e gerente do programa X-33, e agora CTO da Radian Aerospace, uma empresa com sede em Seattle que ele cofundou em 2016 para reviver o sonho do SSTO.
“As coisas mudaram drasticamente desde o X-33 – temos materiais compósitos que são mais leves, mais fortes e podem suportar uma faixa térmica maior do que tínhamos naquela época. E a propulsão é melhor do que qualquer outra que tínhamos, em termos da eficiência com que queima o propulsor e do peso dos sistemas”, afirma.
O produto desta tecnologia atualizada é o Radian One, um novo avião espacial que substituirá o lançamento vertical por um sistema muito incomum – um trenó movido a foguete.
Estágios desperdiçados
Para escapar da gravidade da Terra e alcançar a órbita, um foguete precisa atingir uma velocidade de cerca de 28 mil km/h, segundo Jeffrey Hoffman, professor de aeronáutica e astronáutica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e ex-astronauta da NASA que voou em cinco ônibus espaciais. missões.
“O problema é que, à medida que você sobe, você não só precisa levantar o foguete e a carga útil, mas também todo o combustível que carrega”, diz ele.
Um foguete capaz de atingir essa velocidade precisaria dedicar 95% de sua massa ao combustível, diz Hoffman, deixando muito pouco espaço para todo o resto. “É um sonho entrar em órbita com um estágio”, acrescenta. “Mas para fazer isso, a estrutura, os motores e a carga útil do foguete não podem exceder cerca de 5% da massa total de todo o sistema. E simplesmente não sabemos como construir coisas assim.”
É por isso que todos os foguetes já usados para alcançar a órbita têm múltiplos estágios, embora os foguetes atuais, como o Falcon 9 da SpaceX, tenham menos estágios – dois – do que os mais antigos, como o Saturn V da missão Apollo à Lua. que tinha três.
“Depois de usar todo o propelente do primeiro estágio, em vez de carregar essa estrutura com você para a órbita, você simplesmente a descarta. E isso permite efetivamente transportar muito mais carga útil para uma determinada massa na plataforma de lançamento”, explica Hoffman.
Tradicionalmente, os estágios de foguetes gastos caem de volta na Terra (geralmente no oceano), queimam na atmosfera ou acabam em órbita como detritos espaciais. A SpaceX mudou esse paradigma ao projetar propulsores reutilizáveis que podem pousar de forma autônoma na Terra. A premissa de um rover de estágio único é eliminar completamente os estágios do foguete, com a promessa de reduzir ainda mais os custos.
Não é fácil contornar o que Hoffman chama de “tirania da equação do foguete”, ou resolver o problema de ter que carregar o peso do combustível para o espaço. A solução da Radian é um trenó movido a foguete que percorre uma pista de três quilômetros e acelera até Mach 0,7 – 864 km/h – antes de liberar o avião espacial, que então voa para órbita sob o poder de seu próprio poder. motores.
“Houve várias tentativas de desenvolver veículos de estágio único para órbita”, observa Hoffman. “A NASA e a Força Aérea tentaram isso no final dos anos 1980 e 1990. Eles tentaram contornar o problema com o que chamam de motor scramjet, que levaria o avião pela atmosfera e queimaria oxigênio de lá, em vez de carregá-lo com você. . É uma ótima ideia, mas tecnicamente é muito difícil construir este tipo de motor.”
“O que a Radian está fazendo com seu trenó movido a foguete é algo equivalente ao scramjet”, explica Hoffman. “Em outras palavras, tentar obter aceleração inicial sem queimar o propulsor do foguete. Dessa forma, você contorna algumas das limitações da equação do foguete.”
Caminhão espacial
A Radian está convencida de que pode superar os obstáculos para um SSTO bem-sucedido graças a três tecnologias principais.
O primeiro é o sistema de lançamento de trenó, que usa seu combustível não apenas para alimentar seus próprios três motores, mas também os do próprio avião espacial, deixando o avião espacial com o tanque cheio pouco antes da decolagem. O segundo é o trem de pouso, projetado apenas para pouso e não para decolagem, o que o torna significativamente mais leve. E a terceira são as asas, que estão ausentes em um foguete vertical, mas reduzem a quantidade de empuxo necessária ao sistema, proporcionando sustentação enquanto ele voa em direção à órbita.
“Assim que chegarmos à órbita, a analogia mais próxima será provavelmente o ônibus espacial”, diz Holder. “Temos uma baía menor, mas podemos realizar muitos dos mesmos tipos de missões. E quando voltamos para casa, temos uma superfície externa composta mais robusta, que nos permite reutilizar o sistema diversas vezes, com menos requisitos de inspeção e tempos de entrega mais rápidos.”
Radian diz que seu avião espacial será reutilizável até 100 vezes, transportando uma tripulação de dois a cinco astronautas com um tempo de resposta de 48 horas entre as missões. Um modelo em escala do avião será testado este ano, segundo Holder, com uma versão em escala real iniciando os testes de voo – sem atingir a órbita – em 2028.
Tal como o vaivém espacial, o Radian One seria capaz de colocar cargas úteis, como satélites, em órbita, ou realizar missões utilizando equipamento que reside no compartimento, como observações da Terra ou vigilância e inteligência para entidades de defesa ou militares.
Mas, acrescenta Holder, o avião também poderia ajudar em operações de ajuda humanitária em áreas de catástrofe quando, por exemplo, as pistas de aterragem se tornassem inutilizáveis – lançando a carga útil do compartimento numa reentrada controlada pela atmosfera.
Ele faz uma analogia com um canteiro de obras, onde os foguetes são os caminhões de 18 rodas que transportam equipamentos de grande porte, e o Radian One é a caminhonete que traz materiais menores e a tripulação. “Acho que sempre haverá espaço para foguetes de lançamento verticais”, acrescenta. “Eles vão levar as coisas muito a sério.”
Ele está ciente do ceticismo que mais uma tentativa de SSTO enfrentará. O último projeto de destaque desse tipo a perder força foi o britânico Skylon, um avião espacial movido a hidrogênio destinado a decolar de uma pista reforçada e pousar de volta à Terra. A empresa por trás do projeto disse no ano passado que um sistema de dois estágios em órbita agora é mais provável.
“Não critico aqueles que coçam a cabeça e se perguntam se o estágio único em órbita é viável”, diz Holder. “Levei cerca de um ano inteiro neste programa para me convencer novamente de que sim. Você só precisa ser capaz de comparar a tecnologia de hoje com a tecnologia do passado para ver se ela é viável ou não.”
A grande questão, segundo Hoffman, não é apenas se o SSTO pode ser tecnicamente viável, mas se pode fazê-lo a um custo que seja economicamente competitivo com outros sistemas de lançamento, como a nova Starship da SpaceX, que pode transportar centenas de pequenas cargas úteis. útil em uma única versão e fazê-lo a um custo relativamente baixo. “Essa sempre foi a razão para perseguir o sonho de um estágio único em órbita – em princípio, deveria ser mais barato”, disse ele.
“Espero que tenham sucesso”, acrescentou Hoffman. “Porque seria definitivamente a primeira vez, tecnicamente – e veremos a economia. Você nunca sabe até que eles demonstrem a capacidade e vejam quem se inscreve para usá-la.”
Imagens da NASA mostram nuvem de gás poluente se movendo sobre a Terra
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