MELHORANDO A EFICIÊNCIA

Para um sistema básico de propulsão de ação-reação, a massa inicial (antes de usar o sistema) M 0 , a massa final (depois que usar o sistema) M, a velocidade final v, e a velocidade do sistema impulsionador v p podem ser relacionadas usando-se a equação:

M 0 = M Exp(v/v p )

onde Exp(x) é a função exponencial e x e e é aproximadamente igual a 2,718. Para uma espaçonave, você pode pensar em M como sendo a massa da espaçonave sem combustível (i.e. a nave em si, a carga, etc.), e M 0 - M é o quanto o combustível que você necessitará para obter uma velocidade máxima de v, se o sistema de propulsão usado atirar o combustível numa velocidade de v p . Embora a massa da nave sem combustível tem um papel significativo em determinar quanto combustível é requerido, a relação de v/ v p é muito mais importante (comparando o dobro de M e o dobro de v/vp). Então o problema de reduzir a quantia de combustível faz com que seja necessário reduzir v/vp, que requer fazer v p tão grande quanto possível. Embora sistemas químicos de propulsão fornecem uma quantia grande de impulso, os gases de impulsão só alcançam alguns quilômetros por segundo, que traduz a impulsos específicos relativamente baixos. Os cientistas atualmente pesquisam novas tecnologias que impulsionam gases a velocidades muito maiores, resultando em impulsos específicos Topos.

O EMPURRADOR DE ÍON

Impulso Específico: 1500-8000 segundos
Carga: 10 -3 -10 N

Átomos são compostos de três tipos de partículas básicas: prótons, nêutrons, e elétrons. Os prótons e nêutrons são juntos no núcleo do átomo, enquanto os elétrons orbitam ao redor do núcleo. Duas destas partículas, prótons e elétrons, têm uma carga elétrica. Cargas elétricas são o que causa seu cabelo levantar-se quando você o esfrega com um balão. Há dois tipos de mudanças, positivo e negativo, que age como pólos norte e sul de ímãs. Os objetos com a mesma carga repelem-se e objetos com cargas diferentes atraem-se. Em átomos, prótons são positivos, e elétrons são negativos. Num átomo neutro, o número de prótons e elétrons são iguais, compensando-se. Entretanto, como os elétrons orbitam o átomo, eles podem ser arrancados, quebrando o equilíbrio entre prótons e elétrons. Como há mais prótons que elétrons, o átomo torna-se positivamente carregado. É também possível para um átomo colher elétrons extras, dando-lhe uma carga negativa. Quando um átomo torna-se carregado, fica conhecido como um íon.

Se você tiver um punhado de íons com a mesma carga, eles podem ser controlados usar um campo elétrico. O impulsionador de íon é baseado nesta idéia. Um gás, tal como xenônio, que tem uma massa atômica alta e facilmente é ionizado, é injetado em um final da câmara onde é bombardeado por elétrons. O bombardeio bate fora elétrons de xenônio, ionizando-o. O outro final da câmara é coberto por uma carga grade que atrai o gás ionizado, acelerando-o a velocidades muito mais altas que em foguetes químicos. Depois que o gás sair do motor, ele é combinado com uma nuvem de elétrons, que neutraliza o gás para prevenir um acumulo de carga.

Os impulsionadores de íon, como o desenvolvido pelo NASA's Deep Space 1 probe, pode acelerar gases até dez vezes a velocidade de gases de foguetes químicos. O resultado desses impulsos específicos Topos fazem estes sistemas ideais para termo longo, missões distantes. Entretanto, impulsionadores de íon têm algumas desvantagens. O impulso produzido é muito baixo (sobre equivalente à força de um pedaço de papel na sua mão), que significa a aceleração é muito baixa. Afortunadamente, como não há nenhuma fricção no espaço, esta aceleração pequena, quando contínua durante um período longo de tempo, pode resultar em grandes velocidades.

FOGUETE ESPECÍFICO VARIÁVEL DE MAGNETOPLASMA DE IMPULSO (VASIMR)

Impulso Específico: 1000-30000 segundos
Carga: 40-1200 N

Quando aquecem um sólido a uma temperatura suficientemente alta, eventualmente torna-se um líquido então um gás. O que acontece quando continua a aquecer um gás? Eventualmente, os átomos no gás perdem seus elétrons e o gás torna-se o quarto estado de matéria, plasma. O plasma é basicamente uma mistura gasosa de íons e elétrons. O plasma é realmente o mais comum estado do universo e é encontrado em relâmpago e estrelas. O plasma tem a propriedade especial que pode ser influenciado por um campo magnético. O VASIMR usa hidrogênio no estado de plasma como um impulsionador. Seu projeto raro permite trocar impulso específico para impulso enquanto manter um requisito constante de poder (em outros sistemas semelhantes, aumentando impulso requer um aumento de poder). Esta característica põe se à parte de outros sistemas de propulsão porque pode fornecer impulso específico Topo, impulsos Topos, ou algo em entre. O VASIMR é dividido em três partes: duas câmaras e um bocal magnético. Na primeira câmara, gás de hidrogênio é injetado e é aquecido ao estado de plasma usa ondas de rádio. O plasma então é enviado à segunda câmara onde torna-se formidável aquecido por ondas de rádio e ímãs a uns poucos milhões de Kelvins (temperatura em Kelvins = temperatura em Celsius + 273). O plasma formidável-aquecido então é dirigido para fora do motor pelo bocal magnético. O bocal magnético tem a capacidade de ajustar quanto escapamento é solta. Solte quantias grandes de escapamento cria impulso maior. Entretanto, desde que o plasma gasta tempo menos na segunda câmara, não é aquecido tanto, e então sua velocidade e impulso específico são mais baixos. Por outro lado, se escapamento menos é solta, impulso menos é produzido, mas o plasma é aquecido mais, resulta em impulso específico mais.