Exactamente como vamos alcançar a Alpha Centauri?

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O Projecto Revolucionário de 100 milhões Breakthrough Starshot, anunciado hoje por Yuri Milner, tem como plano utilizar lasers gigantes para lançar uma pequena nave para Alpha Centauri. Apesar de a utilização de canhões laser como meios de propulsão para uma nave espacial poderem soar como ficção cientifica, pesquisas anteriores sugerem que “velas laser” poderão ser uma das únicas maneiras conhecidas de enviar uma sonda para outra estrela durante o tempo de vida humano.

Apesar de a Alpha Centauri ser o sistema estelar mais perto de nós, continua a estar a cerca de 4.37 anos-luz de distância. Isto é equivalente a 41.2 triliões de quilómetros, ou mais de 276 000 vezes a distância entre a Terra e o sol.

Os foguetões convencionais não têm nem perto da eficiência necessária para percorrer a gigante distância até a Alpha Centauri durante o tempo de vida humano, como o autor de ficção cientifica e físico da NASA Geoffrey Landis explicar uma vez. Por exemplo, à velocidade máxima da nave espacial de cerca de 28 324 km/h, levaria mais ou menos 165 000 anos para alcançar a Alpha Centauri.

O problema é que como todos os propulsores que uma nave espacial actual utiliza para voar é que o propulsor que eles têm e utilizam, tem massa (peso). Grandes viagens exigem grande propulsão, o que as torna pesadas, o que faz com que precisem de mais propulsão, tornando-as ainda mais pesadas, e por aí em diante, um problema que se torna exponencialmente pior o quão maior a nave é.

Os cientistas apresentaram várias sugestões de potenciais soluções para viagens interestelares ao longo das décadas, cada uma com os seus contras:

• Os motores de antimatéria baseiam-se na extraordinária quantidade de energia libertada quando a antimatéria e a matéria se aniquilam uma à outra, e dois físicos que permitiam ao Fermilab e ao Los Alamos National Laboratory planeiam um Kickstarter (Plataforma de Angariação de Fundos Online) para criar um protótipo de um motor de antimatéria. No entanto, todos os métodos actuais de manufactura de antimatérias apenas produzem quantidades infinitésimas – custaria 82 biliões de euros para produzir apenas uma grama. Mesmo que a humanidade conseguisse gerar antimatéria suficiente para uma viagem interestelar, continua uma incógnita se conseguiríamos armazenar e manipula-la de forma segura – até agora, os cientistas conseguiram conter anti-hidrogénio por cerca de 16 minutos no máximo.

• Os foguetões de fusão utilizariam reactores de fusão nuclear para gerar propulsão super-aquecida da traseira dos foguetões. No entanto, poderá levar bastante tempo até os cientistas conseguirem criar um reactor de fusão capaz de produzir mais energia do que aquela que consome, e depois os pesquisadores ainda teriam de conseguir torna-lo compacto o suficiente para caber num foguetão.

• Na ficção cientifica, ramscoops, também conhecidos como Bussard ramjets, atravessam o espaço interestelar utilizando campos electromagnéticos para absorver combustível das suas redondezas em vez de transportarem combustível consigo. No entanto, Landis descobriu que o espaço interestelar não tem tanto densidade de hidrogénio como o designer do ramscoop pensei que teria. Além disso, uma pesquisa mais aprofundada sugere que os ramscoops têm o efeito desafortunado de produzir mais atrito do que propulsão, agindo como para-quedas. E mais, Landis disse que continua uma incerteza como é que alguém poderia utilizar o hidrogénio comum encontrado no espaço interestelar como combustível de fusão – propostas para fusão artificial em disso normalmente envolvem isótopos pesados de hidrogénio, como o deutério.

• A propulsão pulsada nuclear iria arremessar pequenas bombas nucleares pela traseira da nave que seria blindada com uma placa gigante. As explosões propulsionaram-na ao gerar pressão contra a placa e a nave ira se deslocar pelo espaço. O famoso físico Freeman Dyson calculou que tais motores poderiam alcançar a Alpha Centauri em cerca de um século, e Carl Sagan sugeriu que esta poderia ser uma utilização excelente para gigantes volumes de armas nucleares. No entanto, tratados que regulam de forma estrita as armas nucleares tornam complicada a sua construção.

• Naves Geracionais aceitam o facto de que a viagem para a Alpha Centauri poderá levar um milénio, portanto basicamente são naves gigantes que podem albergar gerações de astronautas, mas muito continua por saber sobre se as pessoas conseguiriam suportar os desafios físicos e psicológicos de viagens com tais durações.

• Motores de Dobra podem dobrar o tecido do espaço e tempo para se propulsionar através do espaço, potencialmente a velocidades superiores à velocidade da luz. Infelizmente, ninguém sabe se é fisicamente possível existirem motores de dobra, e muito menos se é possível contrui-los.

O cenário mais realista para uma viagem interestelar na escala de uma vida humana, poderão ser as velas laser.

O cenário mais realista para uma viagem interestelar na escala de uma vida humana, poderão ser as velas laser que o projecto Breakthrough Starshot agora propõe. Esta estratégia envolve equipar uma nave espacial com espelhos e utilizar lasers poderosos para propulsionar as naves. Apesar da luz não exercer muita pressão, projectos anteriores testaram com sucesso umas quantas velas solares – naves espaciais propulsionadas pela luz do sol.

O cosmologista experimental Philip Lubin da University of California, Santa Barbara, e os seus colegas calcularam previamente que um agregado de lasers com 10 quilómetros de largura a orbitar a Terra, disparando entre 50 a 70 gigawatts, poderiam propulsionar uma nave espacial do tamanho reduzido pesando 1 grama, com uma vela de 1 metro de largura, a mais de 25 por cento da velocidade da luz com 10 minutos de acção laser, o que significa que a nave poderia alcançar marte em 30 minutos, e Alpha Centauri em cerca de 20 anos. Cada “chip-espacial” seria uma miniatura completa de uma nave espacial, com câmaras, alimentação energética, navegação, comunicações e outros sistemas, e este conjunto orbital gigante poderia lançar 40 000 destes por ano.

Em vez de uma plataforma orbital laser, o Breakthrough Starshot propõe construir um conjunto laser de grande altitude baseado em solo firme. Este “conjunto faseado” seria composto de lasers relativamente modestos que podem sincronizar-se para agir como um poderoso laser único, e iria se basear em espelhos deformáveis conhecidos como opticas adaptativas para compensar os efeitos destorcedores que a atmosfera pode gerar sobre os raios laser. A Breakthrough Starshot iria então lançar uma nave mãe transportando milhares de space-chips para órbita, e o seu conjunto laser iria enviar estas sondas até onde nenhum homem foi antes.

Esta estratégia tem um contratempo significativo – a nave espacial de momento não tem qualquer forma de abrandar assim que chegar ao seu destino. Ainda assim, Lubin, um membro da equipa da Breakthrough Starshot, sugere que estas sondas poderiam pelo menos passar pela Alpha Centauri, enviando dados de volta sobre como seria a nossa vizinha mais próxima.

Pesquisas futuras poderão desenvolver formas ainda mais exóticas de velas. Por exemplo, Landis propôs velas magnéticas – enquanto as velas laser depende de raios laser que são dispersados pelo espaço e que não serão tão eficientes para fazer mover as velas a grandes distâncias, as velas magnéticas seriam movidas por feixes de partículas que poderiam em teoria fazer a nave deslocar-se com uma força relativamente constante ao longo do tempo.

Outra potencial forma de vela espacial poderia ser a “vela de feixe” proposta pelo físico e engenheiro aeroespacial Jordin Kare de Seattle. Essencialmente, o conjunto laser propulsionaria várias velas miniatura de uma nave, e o impacto destas iria propulsionar a nave – um pouco como um híbrido entre as velas laser e a propulsão nuclear pulsada.

No fim de tudo, Breakthrough Starshot poderá dar início a uma nova era de vela. “A jornada para lá da nossa estrela será profunda para todos nós”, disse Lubin.


(Vídeo em Inglês)

[Popular Science]

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