Propulsor sem combustível

Possibilidade de propulsor sem combustível, possível chave para viagens interestelares, está sendo testada.

Um dos maiores desafios das viagens espaciais está no uso de combustível. Quanto mais combustível uma nave precisa, mais peso ela precisa carregar, algo que pode prejudicar o planejamento de viagens de grande distância. Desde os primeiros anos da era espacial, o sonho de viajar até outro sistema solar foi prejudicado por essa questão, que impõe limites rígidos à velocidade e ao tamanho da espaçonave que lançamos no cosmos. Mesmo com os motores de foguete mais potentes da atualidade, os cientistas estimam que levaria 50 mil anos para chegar ao nosso vizinho interestelar mais próximo, a estrela Alpha Centauri. 

Uma das possibilidades mais radicais de resolver este problema é simplesmente não usar combustível. Parece bom demais para ser verdade, mas alguns cientistas estão trabalhando com essa possibilidade. Existem diversos conceitos avançados de propulsão que, teoricamente, poderiam fazer isso. Um dos que mais empolgam os pesquisadores é o EmDrive. Descrito pela primeira vez há quase duas décadas, o EmDrive funciona convertendo eletricidade em microondas e canalizando essa radiação eletromagnética através de uma câmara cônica.

Em teoria, as microondas podem exercer força contra as paredes da câmara, o suficiente para impulsionar uma espaçonave que já esteja no espaço. Por enquanto, porém, este tipo de propulsão sem combustível existe apenas como um protótipo de laboratório, e ainda não está claro se este sistema é realmente capaz de produzir propulsão. Em caso afirmativo, as forças que ele gera não são fortes o suficiente para serem registradas a olho nu, muito menos propelir uma espaçonave.

Nos últimos anos, no entanto, um punhado de equipes de pesquisa, incluindo uma da NASA, afirma ter tido sucesso com um EmDrive. Se for verdade, isso equivaleria a um dos maiores avanços na história da exploração espacial. O problema é que a propulsão observada nesses experimentos é tão pequena que é difícil dizer se ele é real.

A solução seria projetar uma ferramenta que possa medir essas quantidades minúsculas de propulsão. Assim, uma equipe de físicos da Technische Universität Dresden, da Alemanha, decidiu criar um dispositivo que preenchesse essa necessidade. Liderado pelo físico Martin Tajmar, o projeto SpaceDrive visa criar um instrumento tão sensível e imune à interferência que acabaria com o debate de uma vez por todas.

Em outubro, Tajmar e sua equipe apresentaram seu segundo conjunto de medidas experimentais do EmDrive no Congresso Internacional de Astronáutica, e seus resultados serão publicados na Acta Astronautica em agosto. Com base nos resultados desses experimentos, Tajmar diz que uma solução para a “questão” EmDrive pode estar a apenas alguns meses de distância.

Quebrando as leis da física

Muitos cientistas e engenheiros descartam o EmDrive porque essa abordagem parece violar as leis da física. Microondas empurrando as paredes de uma câmara EmDrive parecem gerar propulsão ex nihilo, o que entra em conflito com a lei da conservação do momento – é tudo ação e nenhuma reação. Seria como criar força do nada.

Os proponentes do EmDrive, por sua vez, recorrem a interpretações da mecânica quântica para explicar como o EmDrive poderia funcionar sem violar a física newtoniana. “Do ponto de vista da teoria, ninguém leva isso a sério”, diz Tajmar, segundo matéria do portal Wired. Se o EmDrive é capaz de produzir propulsão, como alguns grupos afirmaram, ele diz que não há “nenhuma pista de onde esta propulsão está vindo”. Quando há uma falha teórica dessa magnitude na ciência, Tajmar diz que a experimentação é a única maneira de chegar a uma conclusão.

Alpha Centauri, nossa vizinha mais próxima. Imagem: ESO

No final de 2016, Tajmar e outros 25 físicos se reuniram nos EUA para a primeira conferência dedicada ao EmDrive e sistemas de propulsão exóticos e sem combustível. Uma das apresentações mais empolgantes foi dada por Paul March, físico do Laboratório Eagleworks da NASA, onde ele e seu colega Harold White estavam testando vários protótipos do EmDrive. De acordo com a apresentação e um artigo subsequente publicado no Journal of Propulsion and Power, ele e White observaram várias dúzias de micro-newtons de propulsão em seu protótipo. É pouco – a título de comparação, um único motor Merlin da SpaceX produz cerca de 845.000 Newtons de propulsão no nível do mar – mas é alguma coisa. O problema para Harold e White, no entanto, era que sua configuração experimental permitia várias fontes de interferência, então eles não podiam dizer com certeza se o que eles observaram foi realmente propulsão.

Tajmar e o grupo de Dresden usaram uma réplica do protótipo EmDrive usado por Harold e White em seus testes na NASA. O aparelho consiste em um cone de cobre com a parte de cima cortada com pouco menos de trinta centímetros de comprimento, projeto do engenheiro Roger Shawyer, que descreveu pela primeira vez o EmDrive em 2001. Durante os testes, o cone EmDrive é colocado em uma câmara de vácuo. Fora da câmara, um dispositivo gera um sinal de microondas que é retransmitido, usando cabos coaxiais, para antenas dentro do cone.

Medindo o (quase) nada

Esta não é a primeira vez que a equipe de Dresden procura medir quantidades de força quase imperceptíveis. Eles construíram engenhocas semelhantes para seu trabalho em propulsores de íons, que são usados ​​para posicionar precisamente os satélites no espaço. Esses propulsores micro-newton são do tipo que foram usados ​​pela missão LISA Pathfinder, que precisa de uma capacidade de posicionamento extremamente precisa para detectar fenômenos fracos como ondas gravitacionais. Mas, para estudar o EmDrive e sistemas similares de propulsão sem propulsão, diz Tajmar, era necessária uma resolução nano-newton.

A abordagem deles era usar uma balança de torção, um tipo de pêndulo que mede a quantidade de torque aplicada ao seu eixo. Uma versão menos sensível desse equilíbrio também foi usada pela equipe da NASA quando eles presenciaram seu EmDrive produzindo propulsão. Para medir com precisão a pequena quantidade de força, a equipe de Dresden usou um interferômetro a laser para medir o deslocamento físico das escalas de equilíbrio produzidas pelo EmDrive. De acordo com Tajmar, sua escala de torção tem uma resolução nano-newton e suporta propulsores pesando vários quilos, tornando-se o equilíbrio mais sensível que existe.

O próximo passo é determinar se a força detectada é de fato impulsionada e não um resultado de interferência externa. E há muitas explicações alternativas para as observações de Harold e White. Para determinar se um EmDrive realmente produz propulsão, os pesquisadores devem ser capazes de proteger o dispositivo de interferências causadas pelos pólos magnéticos da Terra, vibrações sísmicas do ambiente e a expansão térmica do EmDrive devido ao aquecimento das microondas.

Os ajustes no design do balanço de torção – para controlar melhor a fonte de alimentação do EmDrive e protegê-lo de campos magnéticos – resolveram alguns dos problemas de interferência, diz Tajmar ao Wired. Um problema mais difícil foi como lidar com o “desvio térmico”. Quando a energia flui para o EmDrive, o cone de cobre aquece e se expande, o que desloca seu centro de gravidade o suficiente para fazer com que o balanço de torção registre força que pode ser confundida com propulsão. Tajmar e sua equipe esperavam que mudar a orientação do propulsor ajudasse a resolver esse problema.

Ao longo de 55 experimentos, Tajmar e seus colegas registraram uma média de 3,4 micro-newtons de força do EmDrive, número muito semelhante ao que a equipe da NASA encontrou. Infelizmente, essas forças não parecem passar no teste de deriva térmica. As forças vistas nos dados foram mais indicativas de expansão térmica do que de propulsão.

A esperança ainda existe, entretanto. Tajmar e seus colegas estão desenvolvendo paralelamente dois tipos adicionais de balanças de propulsão, incluindo um supercondutor que, entre outras coisas, ajudará a eliminar falsos positivos produzidos por deriva térmica. Se eles detectarem a força de um EmDrive nesses saldos, há uma grande probabilidade de que ela seja realmente resultado de uma impulsão. Mas, se nenhuma força for registrada, isso provavelmente significa que todas as observações anteriores do EmDrive foram falsos positivos. Um veredicto final deve ser obtido até o final do ano.

Mesmo um resultado negativo desse trabalho, porém, pode não acabar com o EmDrive e a esperança de viajar sem combustível pelo espaço. Existem muitos outros projetos de propulsão sem combustível, e, se os cientistas alguma vez desenvolverem novas formas de propulsão dessa forma, os equilíbrios de propulsão hipersensíveis desenvolvidos por Tajmar e pela equipe de Dresden certamente serão utilizados para diferenciar o que realmente funciona do que ainda está no campo da ficção.