TIPOS DE FOGUETES

Quanto ao tipo de combustível usado, existem três tipos de foguete:

Foguete de combustível líquido - em que o propelente e o oxidante estão armazenados em tanques fora da câmara de combustão e são bombeados e misturados na câmara onde entram em combustão;

Foguete de combustível sólido - em que ambos, propelente e oxidante, estão já misturados na câmara de combustão em estado sólido.

Foguete de combustível híbrido - em que propelente e oxidante estão em câmaras separadas e em estados diferentes: líquido/sólido ou gasoso/sólido. Atualmente encontra-se em estado de testes em países como EUA e Brasil.

Quanto ao número de estágios, um foguete pode ser:

Foguete de um estágio - neste caso o foguete é "monolítico";

Foguete de múltiplos estágios - possui múltiplos estágios que vão queimando em seqüência e sendo descartados quando o combustível acaba, permitindo aumentar a capacidade de carga do foguete.

Foguete Saturno V sendo lançado

COMBUSTÍVEL

      Ao contrário dos automóveis, que são movidos pelo calor gerado dentro do motor, os veículos espaciais são movidos pelo impulso gerado pelos gases produzidos durante a combustão. E ao contrário dos automóveis, as naves precisam levar tanto o combustível quanto o oxidante. Em um ônibus espacial, aqueles dois foguetes laterais que podemos ver durante o lançamento estão cheios de combustível sólido. Esse combustível é formado por alumínio em pó (o combustível), perclorato de amônio (o agente oxidante, que também é um combustível) e óxido de ferro III (um catalisador). Estas substâncias são misturadas a um polímero e formam uma pasta, que é então injetada dentro dos tanques dos foguetes.


      Quando estes tanques ficam vazios,cerca de 3 minutos após a decolagem, eles são ejetados e uma equipe de resgate recupera-os no mar, para utilizá-los em missões futuras.

      Depois de serem ejetados, entra em operação os motores da nave e eles passam a queimar o combustível que fica armazenado naquele tanque laranja, preso embaixo do ônibus espacial. Dentro desse tanque ficam armazenados hidrogênio e oxigênio líquidos, que quando queimam produzem vapor de água.
      Nas viagens à Lua, as naves das missões Apollo usaram outros tipos de combustíveis, pois hidrogênio e oxigênio são muito efusíveis, e os motores movidos à combustíveis sólidos têm o problema de serem difíceis de desligar e religar. Eram usados então dois líquidos, uma mistura de derivados de hidrazina (predominantemente metil hidrazina) e N2O4, que quando queimavam produziam um enorme volume de gás.

      Os combustíveis espaciais são geralmente perigosos. A metil hidrazina é um veneno mortal e o N2O4 é muito reativo, sendo armazenado em tanques resistentes à corrosão.

VÍDEO: POR DENTRO DO MOTOR DO FOGUETE

PRÍNCIPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE UM FOGUETE

     
O princípio de funcionamento do motor de foguete é basicamente baseado na terceira lei de Newton, a lei da ação e reação, que diz que "a toda ação corresponde uma reação, com a mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário". Segue esquema abaixo:

      Imaginemos uma câmara fechada onde exista um gás em combustão. A queima do gás irá produzir pressão em todas as direções. A câmara não se moverá em nenhuma direção pois as forças nas paredes opostas da câmara irão se anular.


      Se introduzirmos um bocal na câmara, onde os gases possam escapar, haverá um desequilíbrio. A pressão exercida nas paredes laterais opostas continuará não produzindo força, pois a pressão de um lado anulará a do outro. Já a pressão exercida na parte superior da câmara produzirá empuxo, pois não há pressão no lado de baixo (onde está o bocal).

      Assim, o foguete se deslocará para cima por reação à pressão exercida pelos gases em combustão na câmara de combustão do motor. Por isto este tipo de motor é chamado de propulsão por reação.

      Como no espaço exterior não há oxigênio para queimar com o combustível, o foguete deve levar armazenado em tanques não só o propelente (combustível), mas também o oxidante (comburente).

      A magnitude do empuxo produzido (expressão que designa a força produzida pelo motor de foguete) depende da massa e da velocidade dos gases expelidos pelo bocal. Logo, quanto maior a temperatura dos gases expelidos, maior o empuxo. Assim, surge o problema de proteger a câmara de combustão e o bocal das altas temperaturas produzidas pela combustão. Uma maneira engenhosa de fazer isto é usar um fino jato do próprio propelente usado pelo foguete nas paredes do motor, para formar um isolante térmico e refrigerar o motor.
 
 
 

Motor de um foguete

Lançamento de foguete Bumper 2 pelos EUA em julho de 1950 em Cabo Canaveral. Este foguete era um V-2 adaptado.

O QUE É UM FOGUETE ESPACIAL ?

      Um foguete espacial é uma máquina que se desloca expelindo atrás de si um fluxo de gás a alta velocidade. Por conservação da quantidade de movimento (massa multiplicada por velocidade), o foguete desloca-se no sentido contrário com velocidade tal que, multiplicada pela massa do foguete, o valor da quantidade de movimento é igual ao dos gases expelidos.


      Por extensão, o veículo, geralmente espacial, que possui motor(es) de propulsão deste tipo é denominado foguete, foguetão ou míssil. Normalmente, o seu objetivo é enviar objetos (especialmente satélites artificiais e sondas espaciais) e/ou naves espaciais e homens ao espaço.

1957

      O ano de 1957 é um ano marcante na história da astronáutica: em outubro desse ano foi lançado o Sputnik 1, primeiro objeto feito pelo homem colocado em órbita terrestre, em outras palavras, o primeiro satélite artificial lançado pelo homem. O Sputnik era um satélite russo, pesando cerca de 84 kg e feito as pressas para poder ser lançado antes do satélite que os americanos estavam desenvolvendo. De fato os russos conseguiram lançar o Sputnik primeiro, mas a única coisa que esse satélite fazia era emitir sons em determinadas frequências, que podiam ser captados por rádio-receptores aqui na Terra – apenas para provar que ele estava lá. Ainda assim o satélite chegou a causar pânico em muitos americanos, pois eles não sabiam do que o satélite era realmente capaz. Resumindo, apesar de o Sputnik ter colocado os russos na frente na corrida espacial, a única coisa que ele fazia era barulho.

O Sputnik - Primeiro Satélite Artificial

      Cerca de três meses depois do Sptunik, os americanos lançavam seu primeiro satélite: o Explorer 1, bem mais leve que seu concorrente (pesava apenas 14 kg) e bem mais útil também: foi o responsável pela descoberta do Cinturão de Van Allen um cinturão magnético que protege a Terra da radiação solar.

      A largada tinha sido dada: agora americanos e russos tinham tecnologia para lançar objetos ao espaço. A partir daí, a 1evolução da astronomia tomou uma velocidade realmente astronômica, como lhe cabe.

      Muitos satélites passaram então a ser lançados. Os primeiros a serem desenvolvidos foram os satélites para fins militares. Existem vários tipos desses satélites: uns tiram fotos do terreno inimigo, outros são responsáveis pela comunicação entre as tropas e alguns até pela interceptação da comunicação entre tropas inimigas. Ainda em 1958 foi lançado o primeiro satélite espião. Vieram então os satélites metereológicos: em 1960 os americanos lançaram o primeiro desse tipo. Cada vez mais poderosos, eles nos dão previsões de tempo cada vez mais precisas, apesar de esta ser uma área muito complicada da ciência. Em 1962, foi lançado o primeiro satélite para transmissão de televisão intercontinental. Os satélites de comunicação são hoje extensamente utilizados e eles que nos permitem, por exemplo: assistirmos as Olimpíadas ao vivo, nem que para isso tenhamos que ficar acordados a madrugada inteira.

      Para que alguns satélites pudessem ser realmente eficientes, foram desenvolvidos os satélites geoestacionários: satélites que parecem estarem parados no céu. Esses satélites na verdade são colocado em órbitas bem altas ao redor do equador, e giram junto com a rotação da Terra, estando então em posição fixa em relação a quem estiver na superfície terrestre.

      A intensa corrida espacial durante a Guerra Fria ajudou muito toda essa evolução, e foi responsável pelo maior foguete já lançado: o Saturno V, com cerca de 100 metros de comprimento. Desenvolvido pela equipe de Von Braun, ele surgiu da necessidade de um veículo lançador poderoso o suficiente para lançar uma nave tripulada a Lua. Foi ele quem lançou a Apollo 11 em 1969, colocando os primeiros homens na Lua. No entanto, com o fim da Guerra Fria e da corrida espacial, o interesse em mandar homens à Lua caiu, não sendo mais necessário um foguete tão poderoso, e por isso o maior foguete já construído na história está aposentado.

O DESENVOLVIMENTO

      Foi apenas em 30 de maio de 1942 que foi lançado o primeiro foguete com capacidade para sair realmente da atmosfera: o V-2 alemão. Esse foguete foi desenvolvido por um aluno de Oberth: o alemão Werhner Von Braun. O foguete foi projetado para servir de arma na Segunda Guerra Mundial, e grande parte dos cientistas foram obrigados a trabalhar no projeto –inclusive Von Braun, que chegou a ser preso por estar fazendo pesquisas que se desviavam de fins militares, mas ele foi logo solto porque os alemães perceberam que ele era essencial ao projeto.


      O foguete chegou a ser usado na guerra, contra Londres e Paris, por exemplo, e apesar de ter matado milhares de pessoas não impediu a derrota dos alemães, pois ficou pronto muito tarde.

      Com o fim da guerra, a equipe de Von Braun foi para os Estados Unidos como priosioneira de guerra. Era isso ou ficarem na Alemanha e serem mortos, pois Hitler já havia ordenado a execução deles, para que a tecnologia dos V-2 não se espalhasse a outros países.

      Nos Estados Unidos a equipe foi obrigada a continuar o desenvolvimento dos V-2, o que fizeram. Eles então desenvolveram o Bumper, primeiro foguete de dois estágios a ser lançado (em 1948), que usava o V-2 como primeiro estágio.

      Enquanto isso, os russos trabalhavam no projeto de um ICBM (sigla pra míssel balístico intercontinental, em inglês), que chamaram de R-7. Ele era bem parecido com o V-2, pois os primeiros projetos russos eram baseados nos projetos alemães. Alguns chegavam a ser cópia, onde os engenheiros russos trocavam apenas o texto, deixando o desenho original alemão. Em 1957 os russos lançam com sucesso o R-7, primeiro míssel intercontinental da história.

      Os americanos, sabendo do trabalho dos russos, desenvolveram com urgência o seu ICBM: o Atlas, lançado cerca de quatro meses depois do R-7 russo.

      Esses dois foguetes resumem bem o ínicio da astronáutica: os foguetes eram desenvolvidos como armas, e depois usados como veículos lançadores, como os Atlas, R-7, Titan (americanos) e a série UR (Universal Rockets – foguetes universais) russa. Todos eles passaram a ser utilizados como foguetes lançadores, e são usados em lançamentos de naves e satélites até hoje, em versões melhoradas.

      Um fato curioso é que todos os foguetes, mesmo hoje em dia, seguem os mesmos padrões, sejam eles americanos, russos ou de outro país. Isso acontece porque os foguetes se desenvolveram do V-2 alemão, já que as pesquisas continuaram, com a mesma equipe, nos Estados Unidos, e já que os russos tinham bastante informações sobre o desenvolvimento científico alemão. Esses fatos fizeram com que atualmente os foguetes sejam bem parecidos entre si.

AS PRIMEIRAS IDÉIAS

      É óbvio que no começo do século XX já existiam alguns objetos que poderiam ser chamados de foguetes: algumas armas militares e até os fogos de artifício. No entanto, esses foguetes utilizavam combustível sólido (pólvora, por exemplo), e os cientistas que começaram a pensar em utilizar os foguetes para vôos espaciais já sabiam que esses combustíveis não eram poderosos o suficiente. Os foguetes precisariam utilizar combustível sólido. Outro desenvolvimento importante: os foguetes deveriam usar estágios para ir mais longe, ou seja, o foguete teria várias partes, e a medida que ia acabando o combustível de uma parte, ela se desprenderia do conjunto, tornando ele mais leve.

      Três homens, Goddard, Hermann Oberth (alemão) e Kostantin Tsiolkovsky (russo) trabalharam seriamente na idéia de desenvolver os foguetes, quando a comunidade científica achava que não valia a pena:. Os três estudavam seriamente a viabilidade de se construir um foguete espacial, e chegaram a conclusões bem próximas. Nunca se encontraram e desconheciam os trabalhos individuais dos outros demais dois entre si. Isso foi no final do século XIX e começo do século XX, mas eles começaram a apresentar resultados entre 1903 e 1926 (data do teste do foguete de Goddard). Por isso, os três podem ser considerados os pais da astronáutica, apesar de cada um ser considerado pai da astronáutica em seu país.