Resfriador Criogênico Inovador abre Caminho para Missões Tripuladas a Marte
Crédito:The system is designed to reduce cryo boil off to zero
NASA/Kathy Henkel
A NASA testou com sucesso um sistema de resfriamento avançado que pode ser crucial para futuras missões humanas a Marte. Sem este novo crioresfriador, as naves espaciais poderiam chegar ao Planeta Vermelho com reservas de combustível esgotadas, colocando toda a jornada em risco.
Sonho de décadas encontra a engenharia moderna
Embora o conceito de enviar astronautas a Marte exista há mais de 70 anos, só recentemente começaram a ser feitos esforços sérios para lidar com as complexidades técnicas. Projetar uma nave espacial com destino a Marte envolve mais do que apenas construir motores, sistemas de suporte de vida e navegação. O principal desafio reside em garantir a propulsão necessária para completar a viagem de ida e volta.
Para muitas missões robóticas, a propulsão é uma preocupação menor quando a nave está no espaço. Propulsores potentes realizam o lançamento inicial e, posteriormente, a física simples conduz a nave espacial. Pequenos propulsores alimentados por líquidos ou gases estáveis são usados para ajustes de curso. Mesmo os motores iônicos, que se tornaram mais comuns, dependem de propulsores de fácil gerenciamento, como o xenônio.
Crédito:Cryo tank being installed for testing NASA/Kathy Henkel
Mas as missões tripuladas são uma história diferente. Ao contrário das sondas robóticas, que podem levar anos para chegar aos seus destinos, as missões tripuladas devem minimizar o tempo de viagem e maximizar os recursos a bordo. Isso exige combustíveis extremamente eficientes — normalmente líquidos criogênicos como hidrogênio, oxigênio ou metano.
Combustíveis Criogênicos: Poderosos, mas Instáveis
Esses criocombustíveis, no entanto, apresentam desafios significativos. O hidrogênio líquido ferve a -252,9 °C (-423,2 °F), o oxigênio a -183 °C (-297,4 °F) e o metano a -161,6 °C (-258,9 °F). Mesmo no vácuo frio do espaço, essas substâncias tendem a evaporar. Para evitar explosões nos tanques, o vapor deve ser expelido, o que leva à perda de combustível.
Crédito:Cryo tank installed in vacuum chamber rig NASA/Kathy Henkel
Isso não é um problema para missões curtas ou foguetes em plataformas de lançamento, mas para uma missão a Marte com duração de dois anos, é uma questão crítica. Por exemplo, um tanque com isolamento leve contendo 38 toneladas de hidrogênio líquido pode perder cerca de 16 toneladas anualmente devido à evaporação passiva — o suficiente para deixar uma tripulação de Marte sem combustível de retorno.
Missão da NASA para Eliminar a Perda de Combustível
Embora um melhor isolamento possa reduzir essas perdas, as quantidades ainda são inaceitáveis. Para resolver isso, a NASA lançou o Projeto de Portfólio de Gerenciamento de Fluidos Criogênicos, que está desenvolvendo tecnologia de ponta em isolamento e resfriamento ativo com o objetivo de atingir “evaporação zero” em longos períodos. O projeto também busca melhorar o manuseio do criocombustível e minimizar o desperdício.
No Centro de Voos Espaciais Marshall da NASA em Huntsville, Alabama, engenheiros testaram recentemente um sistema de resfriamento criogênico de dois estágios por um período de três meses. Conhecida como resfriamento “tubo sobre tanque“, a configuração envolve dois circuitos de resfriamento integrados em uma camada espessa de isolamento metalizado e protegidos por uma barreira de calor.
Crédito:The new system actively cools cryo propellants NASA/Kathy Henke
No circuito primário, hélio líquido ultracongelado a -253 °C (-424 °F) circula pelo tanque de combustível, mantendo a temperatura necessária. Acima disso, um circuito secundário transporta hélio a -183 °C (-298 °F), servindo como um reservatório térmico atrás do escudo protetor para bloquear o calor recebido.
Um divisor de águas para viagens no espaço profundo
Este sistema inovador pode manter combustíveis criogênicos ultracongelados indefinidamente — desde que haja energia elétrica disponível para operar a unidade de refrigeração. Os benefícios vão além da preservação do combustível: o sistema permite missões mais leves sem reservas extras de combustível e suporta estadias mais longas no espaço profundo.
Reduzir a perda de propelente é crucial para missões longas à Lua e Marte, disse Kathy Henkel, da NASA. “Sistemas de resfriamento de dois estágios evitam a evaporação e viabilizam o armazenamento prolongado no espaço ou em superfícies planetárias.“
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