VIAGENS ESPACIAIS
by Rogério Chola
Para alem do Sistema Solar que os seres-humanos habitam, o sistema estelar mais próximo é o de Alfa Centauro, que esta a cerca de 40 trilhões de quilômetros de distância. Utilizando o veiculo espacial e a tecnologia terrestre mais avançada atualmente, levaríamos cerca de 73.000 anos para chegar até este sistema triplo (próximo astronomicamente falando), isto, se fosse possível carregar todo o combustível necessário para empreender tal jornada. Um fóton (que é um bóson que transporta a força eletromagnética – luz) possui a maior velocidade conhecida no Universo. Com esta velocidade (299.792.458 metros/segundo), uma nave poderia chegar ao sistema estelar de Alfa Centauro em cerca de quatro anos, já que em um ano a luz percorre cerca de 9,5 trilhões de quilômetros (ano-luz). Para expedições exploratórias intergalácticas de rotina como as efetuadas pela espaçonave USS Enterprise da série de ficção “Star Trek”, um veículo espacial teria de viajar várias vezes mais rápido do que a velocidade da luz! Ninguém sabe ao certo se algum dia isto será possível. Segundo a Teoria da Relatividade de Albert Einstein, a velocidade é uma barreira imposta às partículas materiais e isto é bem expresso em seus trabalhos. Quem nunca ouviu sobre a Teoria da Relatividade Restrita e Especial? Infelizmente estes trabalhos, embora possam ser “famosos”, são pouco compreendidos pelo público em geral. Segundo eles, viajar na velocidade da luz e alem seria impossível para objetos com massa. Aqui é importante destacar que estamos falando da massa relativística (ou inercial) de um objeto e não de sua massa de repouso. Massa é uma propriedade (uma grandeza escalar) relacionada com a “quantidade de matéria” de um corpo e também designa a medida da inércia deste corpo. Assim quanto maior for a velocidade de um corpo, maior será sua inércia, ou seja, maior será a oposição deste corpo em modificar seu estado de movimento uniforme ou de repouso e assim podemos dizer que maior será a massa inercial deste corpo. Por exemplo, quanto mais rápido for necessário para um objeto material se mover, maior será a quantidade de energia necessária para continuar a acelerá-lo. É isto que indica a fórmula E=M*C2: quando um objeto material se aproxima da velocidade da luz a energia cinética (energia de movimento) fornecida para aumentar a sua velocidade se converte em massa relativística de acordo com a equação de Einstein. Se continuarmos a acelerar este objeto até que este chegue, hipoteticamente, na velocidade da luz, a sua massa relativística seria infinita e, portanto, seria necessária uma energia infinita para atingir essa velocidade. Como nunca poderíamos suprir esta quantidade infinita de energia, nunca se poderia alcançar a velocidade da luz! Isso demonstra que a inércia de uma partícula ou corpo tende ao infinito quando a velocidade se iguala a da luz. Sendo assim, podemos concluir que ao acelerarmos uma partícula ou corpo, esta jamais alcançará a velocidade da luz. Podemos, porem, nos aproximar da velocidade da luz (até 99,99%) desde que possamos dispor da energia suficiente para atingir este ponto. Também é importante destacar que o corpo material não vai “aumentar de tamanho”, (sua massa de repouso continuará a mesma) como se costuma dizer ou pensar e sim que ficará cada vez mais “pesado”, até ser incapaz de ser movido. Ainda segundo Einstein, somente a radiação eletromagnética – cujas partículas constituintes não possuem massa de repouso – podem viajar na velocidade da luz. Sendo assim, quais seriam nossas alternativas?
Fazendo algumas reflexões, quando há quase 500 anos atrás, o navegador português Fernão de Magalhães deu a volta ao redor da Terra, gastou cerca de três anos para empreender esta jornada. Com o advento do avião, buscava-se imitar o vôo dos pássaros através da compreensão de sua mecânica para vencer grandes distâncias em menor espaço de tempo e assim, surgiu a tecnologia aeronáutica e passamos a realizar o mesmo percurso em aproximadamente 12 horas e, mais recentemente, utilizando a tecnologia aeroespacial, podemos realizar o mesmo trajeto em menos de 1 hora e ainda construímos espaçonaves que podem chegar a velocidades espantosas de 28.000 Km/h com o Space Shuttle em órbita da Terra e de 63.000 Km/h com a sonda Voyager I. Podemos perceber que no período de 500 anos de avanços, continuamos utilizando um veículo para nos transportar, diminuímos o tempo gasto na viagem, mas o espaço percorrido continua sendo o mesmo e assim, o que realmente mudou? Simplesmente o meio ou a dimensão que utilizamos para realizar o mesmo percurso. Nos primórdios, utilizávamos o mar, aonde enfrentávamos a resistência das águas e limitação dos ventos; depois passamos ao ar, aonde encontramos o atrito da atmosfera, as limitações da altitude e a necessidade de aceleração e finalmente, chegamos ao espaço, aonde utilizamos a ação da força da gravidade para nos deslocarmos. Podemos assim concluir que a cada troca do meio pelo qual o percurso é realizado, podemos alterar significativamente o tempo gasto para realiza-lo. Isto nos mostra que através da tecnologia é possível descobrir e identificar outras vias e rotas alternativas que nos possibilitem vencer enormes distâncias em menor tempo.
Se hipoteticamente, imaginarmos uma nave que pudesse alcançar a estonteante velocidade da luz de 299.792,458 Km/s e nos encaminharmos para a estrela mais próxima da Terra (Próxima Centauri) que dista em média 4,2 anos-luz, levaria, teoricamente 4,2 anos para chegar até ela, sendo que segundo a Teoria da Relatividade Especial de Albert Einstein, o tempo na Terra seria quadruplicado e somando-se a viagem de regresso, teriam se transcorrido no total oito anos para o viajante e mais de um século para as pessoas que aqui ficaram! O objetivo da viagem estaria obviamente perdido, defasado e tecnologicamente superado bem como o mundo estaria totalmente modificado. Isto, sem lembrar do fato que uma nave cruzando o espaço na velocidade da luz necessitaria de um computador inimaginavelmente fantástico que teria de processar trilhões de informações em femtosegundos e curiosamente teria de funcionar mais rápido que a luz, contando ainda com sensores de rastreamento que também teriam de funcionar mais rápido do que a luz, pois a detecção de um obstáculo para a nave teria de ser processada num tempo absurdamente curto para permitir uma manobra evasiva. Lembrando também que um simples obstáculo do tamanho de uma bola de gude seria o suficiente para acabar com a nave e seus ocupantes. Somente para ilustrar, uma recente missão do Space Shuttle – Challenger, da NASA, teve seu vidro térmico especial, construído com a mais moderna técnica de blindagem, rachado devido ao impacto de uma lasca de tinta de alguns microns de tamanho, viajando a velocidade de 40.000 Km/s!
Com esta exposição, podemos concluir que obviamente, viajar na velocidade da luz ou acima dela talvez não seja a alternativa correta para vencer o obstáculo das distâncias. A resposta a esta questão poderia estar na rota e no meio (dimensão) que teria de ser utilizado para realizar o percurso. Embora em toda história tenham sido registradas naves de vários aspectos, todas mantêm uma certa simetria no formato e na maneira de se apresentar.
A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA), é a agência do governo dos EUA responsável pela pesquisa e desenvolvimento de tecnologias e programas que viabilizem a exploração espacial e atividades relacionadas. Uma de suas divisões ligadas a Space Sciences (Ciências Espaciais) suportou, de 1996 a 2002 um projeto intitulado Breakthrough Propulsion Physics (BPP) conduzido por Marc Millis, cujo objetivo seria de tornar viável e confiável tecnologias que quebrassem o atual limite dos sistemas de propulsão espacial. Tais estudos deveriam mostrar quais as possibilidades a curto, médio e longo prazo em teoria e prática que permitissem construir sistemas de propulsão para se atingir o espaço e viabilizar viagens pela galáxia e alêm. Todo o projeto foi supervisionado pelo Glenn Research Center e pelo Advanced Space Transportation Plan (ASTP) e administrados pelo Marshall Space Flight Center (MSFC). Sendo assim, o foco principal estaria nos sistemas de propulsão para se responder como impulsionar uma espaçonave mais de forma rápida, mais distante e com maior eficiência do que as tecnologias atuais. Para responder a esta fundamental questão, os objetivos principais seriam:
MASSA: descobrir novos métodos de propulsão que eliminasse ou reduzissem dramaticamente a necessidade de propelentes. Isto implica em descobrir novos meios de se criar impulso, presumivelmente manipulando a inércia, gravidade, ou através de qualquer outra interação entre matéria, campos e espaço-tempo.
VELOCIDADE: descobrir como atingir velocidades de trânsito que reduzissem de forma dramática o tempo de uma viagem. Isto implica em descobrir meios de se mover um veículo a velocidade máxima (ou próxima) do limite para trajetórias através do espaço ou através do próprio espaço-tempo
ENERGIA: descobrir novos modos de se gerar energia a bordo de espaçonaves capaz de alimentar os novos sistemas de propulsão. Este terceiro objetivo é necessário desde que os dois primeiros necessitariam de inovadoras fontes de energia.
Estudos sérios a respeito de viagens espaciais galácticas começaram em 1960 quando o físico norte-americano Robert Bussard sugeriu uma espaçonave dotada de um escudo de 3.200 Km de diâmetro e que recolheria o abundante Hidrogênio do espaço interestelar para fornecer energia a um motor baseado em fusão nuclear. Este projeto ficou conhecido como “Jato de Guerra Bussard”. Também em 1960 vários cientistas sugeriram a construção de uma espaçonave que seria impulsionada pela detonação de bombas nucleares em sua parte traseira. Esta idéia ficou conhecida como “Projeto Orion” e “Projeto NERVA” (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Em 1970, a Sociedade Interplanetária Britânica idealizou o “Projeto Daedalus” que funcionaria com um sistema de propulsão baseado na fusão nuclear, tecnologia esta hoje em fase experimental. Infelizmente nenhuma destas idéias saiu do papel e atualmente estudam-se várias alternativas para romper as limitações dos sistemas de propulsão de foguetes atuais. Os custos proibitivos e o tratado de não-realização de testes nucleares (1963) acabaram por determinar o fim destes projetos que recentemente foram retomados pela NASA.
Como exemplo, poderíamos citar as espaçonaves de exploração gêmeas Voyager I e II, lançadas em 1977, que estão deixando os limites do Sistema Solar na velocidade de 58.000 e 63.000 Km/h respectivamente Uma velocidade altíssima para os padrões humanos, sem dúvida. Só que nesta velocidade, chegaríamos ao sistema de Alfa Centauro em cerca de 80.000 anos! Isto sem falar que não existiria combustível suficiente para alimentar um sistema de propulsão de foguetes baseado em reações químicas convencionais. Nos foguetes atuais, existe a necessidade de se carregar seu próprio combustível e oxidante. Não importando o quanto eficaz seja o foguete, atualmente é impossível carregar o material necessário para empreender uma viagem intergaláctica. Isto se falando em viagens não-tripuladas, que não necessitam levar as condições necessárias para a sobrevivência humana. Uma nave-sonda de exploração não sente fome, frio, solidão, emoções, cansaço, dúvidas, incertezas, etc e assim são os veículos ideais para “irem na frente” dos exploradores humanos. Para estes, não adianta possuir a melhor e mais rápida nave. È necessário levar uma parte do ambiente terrestre junto (água, oxigênio, alimentos, entretenimento, atividades físicas, etc). Por isto é que ainda o ser-humano não explorou pessoalmente outros Planetas como fez com a Lua. Temos toda a tecnologia necessária para levar um ser-humano a Marte, por exemplo, mas, ainda não temos uma tecnologia adequada para mantê-lo lá e o mais importante: traze-lo de volta com vida! Uma ou duas décadas ainda serão necessárias para se realizar esta tarefa. Mas, sem sombra de dúvidas, que será feita!
Marc Mills, do programa BPP da NASA, sugeriu sete formas hipotéticas de sistemas de propulsão para viagens interestelares. Três destes sistemas especulativos são baseados nos conceitos de “velas espaciais” (indução, diodo e diferencial). Os outros quatro motores para propulsão são denominados de: disjunção, diamétrico, anel de indução e bias.
MOTORES DE EMPUXO MOVIDOS A LASER: os multifuncionais e versáteis geradores LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) são uma das promessas para sistemas de propulsão. Existem basicamente dois tipos de sistemas de propulsão baseados em raios laser: ou baseado em terra ou a bordo da espaçonave. Nos sistemas baseados a bordo da espaçonave o laser faria parte de um sistema baseado na propulsão nuclear (por fissão ou fusão). Já nos sistemas baseados em terra ou em órbita terrestre possui grandes vantagens sobre o primeiro, pois eliminam a necessidade de se carregar propelentes de qualquer espécie. Isto faria com que a espaçonave tivesse um tamanho e massas reduzidas, o que refletiria numa ótima performance. O cientista norte-americano Robert Forward foi o primeiro a sugerir espaçonaves movidas a raios laser. O princípio de funcionamento consistiria no lançamento de duas espaçonaves ou uma espaçonave e um sistema baseado em terra. Uma carregaria um potente laser e poderia ficar na órbita da Terra e enviaria um raio constante para um imenso disco coletor (vela espacial) atracado a outra nave. A pressão causada pela luz do laser poderia impulsionar esta nave a cerca de 20% da velocidade da luz. Graças aos estudos realizados durante o programa dos EUA denominado SDI – Strategic Defense Initiative (Guerra nas Estrelas), o cientista Leik Mirabo do Rensselaer Polytechnic Institute em conjunto com a NASA e USAF desenvolveram um sistema de propulsão a laser que, utilizando um gerador de pulsos de 10 Kwatts de laser infravermelho, conseguiu impulsionar uma pequena espaçonave em forma de “disco-voador” com 12,2 cm de diâmetro de massa de 50 gramas a uma altitude de 71 metros. Para lançar uma pequena espaçonave de 1 Kg em órbita da Terra, seria necessário um laser pulsado com potência de 1 Mwatt. No lugar dos raios laser, também poderia ser utilizado o MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) que ao contrário do laser, utiliza um feixe de microondas direcional para gerar o empuxo necessário.
MOTOR DE EMPUXO DE DOBRA (WARP-DRIVE): em 1915 Albert Einstein publicou sua Teoria da Relatividade Geral que postulava como o espaço e o tempo são distorcidos ou “ dobrados” próximos a objetos massivos. A espaçonave USS Enterprise da série de ficção “Star Trek” consegue viajar várias vezes mais rápido do que a luz impulsionada por motores de antimatéria que distorcem ou “dobram” o espaço-tempo, diminuindo assim as distâncias mas mantendo as relações de causalidade inalteradas. O cientista mexicano Miguel Alcubierre Moya, se inspirou nesta série de ficção para investigar se seria realmente possível construir um motor de dobra (warp drive). Alcubierre descobriu uma solução para as equações de Albert Einstein que possui muitas das características desejáveis da dobra espacial. Tal engenho deveria ser capaz de contrair o espaço a frente da espaçonave e expandi-lo atrás. Uma espaçonave com este tipo de motor criaria uma “bolha” ou “campo” ao seu redor e poderia viajar bem abaixo da velocidade da luz para quem estivesse dentro da bolha. Devido a criação deste campo que geraria a contração/expansão do espaço-tempo, a espaçonave, na verdade, estaria viajando centenas ou milhares de vezes acima da velocidade da luz em relação ao exterior! A exigência para isto funcionar adequadamente seria possuir a chamada energia negativa que seria utilizada nas laterais da bolha e contrairia o espaço a frente da espaçonave reduzindo assim a distância até o local de destino. Atrás da espaçonave o espaço seria expandido, deixando o local de partida cada vez mais distante. Na verdade seria como ficar parado e “deslizar” pelo espaço-tempo que passaria como uma correnteza pela espaçonave. A teoria quântica permite a existência da energia negativa porêm também impõe várias restrições quanto a sua geração, existência e utilização. Como ainda não temos uma compreensão geral de tudo o que envolve a mecânica quântica, ainda precisamos esclarecer várias questões para saber se algum dia poderemos utilizar a energia negativa para construir motores de dobra e os chamados “wormholes” ou “buracos de minhoca”.
MOTORES MOVIDOS A ANTIMATÉRIA: mais uma a ficção inspira a ciência no mundo real. A idéia vem da espaçonave USS Enterprise possui motores de dobra que utilizam a aniquilação total entre matéria e antimatéria para impulsionar a espaçonave a velocidades vária vezes superiores a da luz. Este processo é estudado há anos pela NASA, pois é o sistema de propulsão mais eficiente que se pode imaginar. A mais eficiente reação química para propulsão conhecida atualmente produz cerca de 1x107 Joules/Kg; um sistema baseado em fissão nuclear poderia produzir cerca de 8x1013 Joules/Kg; se for baseado em fusão nuclear cerca de 3x1014 Joules/Kg. Já a completa aniquilação entre matéria e antimatéria, de acordo com a fórmula E=M*C2, poderia produzir cerca de 9x1016 Joules/Kg. Comparando kilograma por kilograma, a aniquilação matéria/antimatéria produz 10 bilhões de vezes mais energia do que a mistura de Hidrogênio/Oxigênio utilizada para impulsionar a lançadeira espacial (Space Shuttle) e 300 vezes mais do que a fusão nuclear que ocorre no interior do Sol. Entretanto existem alguns impedimentos técnicos que ainda necessitam ser solucionados. A antimatéria não existe em quantidades significativas na natureza e assim, necessita ser fabricada. Os gigantescos aceleradores relativísticos de partículas do CERN e do Fermilab são os únicos locais (por enquanto) aonde esta produção pode ocorrer. O processo de produção ainda é caro e lento. Atualmente já foi conseguido produzir cerca de 10 nanogramas de antimatéria. Calcula-se que uma viagem interplanetária necessitaria de 1000 gramas e uma viagem tripulada de meros 30 dias até Marte necessitaria de 140 nanogramas! Outro problema seria com relação ao armazenamento. A antimatéria não pode ser armazenada pelos sistemas convencionais, pois reagiria com o material imediatamente. Uma solução que já se encontra em testes se chama de “Penning Trap” que consiste em uma garrafa eletromagnética super-resfriada aonde as partículas de antimatéria podem ser mantidas em suspensão. Existem atualmente três sistemas de propulsão baseados em antimatéria em estudos. Um denominado de ACMF (Antiproton Catalyzed Micro Fission) outro de ICAN-II (Ion Compressed Antimatter Nuclear II) e o por fim o AIM (Antiproton Initiated Microfission and Fusion). Utilizando cerca de 30 a 130 microgramas de antimatéria, uma espaçonave não-tripulada com tecnologia AIM (AIMStar) poderia atingir a Nuvem de Oort a cerca de 1 trilhão de Km da Terra em menos de 20 anos e se a tecnologia de “velas espaciais” for agregada ao sistema propelido por antimatéria, uma espaçonave poderia atingir o sistema triplo de Alfa Centauro em cerca de 40 anos, utilizando algumas gramas de anti-hidrogênio. Algum dia engenhos que funcionem pela aniquilação entre matéria e antimatéria serão os motores padrão para naves espaciais, tripuladas ou não. Porem estas ainda não viajarão na velocidade da luz, mas poderão chegar muito próximo disto.
VELAS ESPACIAIS: são engenhos e dispositivos que utilizam a pressão da luz solar, de raios laser, microondas ou qualquer outra forma de radiação de energia para impulsionar um veículo espacial da mesma forma que um navio a vela seria impulsionado pelo vento. A vela espacial consiste basicamente numa estrutura que suporta uma extensa área formada por painéis de material reflexivo que coletam material que gerará a pressão necessária para impulsionar todo o sistema. A tecnologia das velas espaciais pode ser agregada a outras tecnologias e criar sistemas mistos.
ATALHOS ESPAÇO-TEMPORAIS- WORMHOLES: foi no final da década de 80 que os físicos norte-americanos Michael S. Morris e Kip S. Thorne do CalTech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) cunharam o termo e estabeleceram os conceitos teóricos dos “buracos de minhoca ou de vermes” (wormhole em inglês) que seriam atalhos criados artificialmente (ou que podem existir de forma natural) através do espaço-tempo. Um “buraco de verme”, como o nome diz, seria como um túnel interligando duas localizações diferentes do espaço. Uma espaçonave que tivesse que viajar de um ponto A para um ponto B poderia entrar por uma das aberturas, passar pelo interior do túnel e sair pelo outro lado, num tempo que demoraria muito menos do que se tivesse que percorrer este trajeto de forma convencional. Para formar e manter as paredes internas do túnel, seria preciso utilizar energia negativa, cujo campo gravitacional repulsivo permite que exista uma força capaz de distorcer o espaço-tempo a ponto de quase uni-los. Para que um túnel criado desta forma possa ser percorrido por objetos materiais macroscópicos, ele precisa permitir que fótons possam atravessa-lo. Assim, os fótons que entram por uma das aberturas convergem no interior do túnel pela ação do campo de gravidade produzida pela energia positiva (convencional) e são então divergidos pelo campo da gravidade da energia negativa (repulsivo). Como este túnel estaria distorcendo o espaço-tempo, algo que o atravesse estaria viajando milhares de vezes mais rápido do que a luz. Depois, em 1994, que Miguel Alcubierre aproveitando estes conceitos esboçou, teoricamente, o conceito de “dobra espacial”.
VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket): trata-se de um engenho baseado em plasma e que está sendo desenvolvido pelo astronauta Franklin Chang-Diaz da NASA que começou suas pesquisas em 1979, quando ainda era um estudante do MIT. Desde então Chang-Diaz e colegas continuaram trabalho no dispositivo no Advanced Space Propulsion Laboratory localizado no Johnson Space Center. Os motores de foguete convencionais funcionam com uma mistura de combustível e oxidante para gerar empuxo. O sistema VASIMR usa uma série de campos magnéticos para criar e acelerar o plasma, ou gás ionizado a altas-temperaturas. O processo começa quando é injetado gás de hidrogênio neutro na primeira de três câmaras magnéticas. Então o gás é ionizado arrancando o único elétron de cada átomo de hidrogênio. O gás é enviado então para a câmara magnética central aonde ondas de rádio aquecem o gás a temperaturas de mais de 50.000°C transformando-o assim em plasma. Este plasma é então injetado na última cela magnética que é um bocal magnético dirige o fluxo de plasma para um sistema de exaustão que prove então empuxo. Uma vantagem fundamental deste engenho é que o impulso gerado pode ser variado em vôo para mudar a quantidade do empuxo. O impulso específico da máquina pode ser utilizado tanto para acelerar como para desacelerar uma nave. Um motor deste tipo poderia realizar a distância Terra-Marte em apenas 3 meses. Além disso, um motor VASIMR pode permitir que uma missão seja abortada em qualquer posição e retornar a Terra com segurança.
M2P2 (Mini-Magnetospheric Plasma Propulsion): trata-se de um conceito de propulsão moderno em estudo pela Universidade de Washington, Seattle em parceria com a NASA. O dispositivo M2P2 usaria o “vento solar” para acelerar uma espaçonave envolta em uma versão miniatura da magnetosfera de Terra gerada pela própria espaçonave. O bombardeio de plasma vindo do Sol em um campo magnético artificialmente gerado arrastaria o campo magnético formando uma bolha de uns 30-60 km de diâmetro, dependendo do campo que a astronave produziu. Uma nave com esta tecnologia poderia ser de 10 a 20 vezes mais eficiente que o motor principal do Ônibus Espacial (Space Shuttle). Tendo somente um tanque com 3 kg de Hélio como plasma-combustível, a bolha magnética poderia ser mantida por 3 meses - o tamanho da bolha cresceria e diminuiria conforme a variação do “vento solar”. Cálculos mostraram que existe bastante fluxo “vento solar” para acelerar uma sonda de 136 kg sonda a velocidades de até 80 km/s, ou 6.9 milhões de km/dia. Para comparação, o Ônibus Espacial (Space Shuttle) viaja a meros 7.7 km/s ou 688.000 km/dia.
PROPULSÃO NUCLEAR: a liberação de energia através de reações nucleares para gerar empuxo direto é distinta da propulsão elétrico-nuclear. A propulsão nuclear é um sistema baseado na fusão ou fissão nuclear e foi estudada de forma seria a partir de 1944 por Stanislaw Ulam e Frederick de Hoffman que trabalharam no Projeto Manhattan. Durante 15 anos após a II Guerra Mundial, a Comissão de Energia Atômica dos EUA (transformada no Departamento de Energia a partir de 1974) trabalhou em conjunto com várias agências federais em inúmeros projetos baseados na propulsão nuclear culminando no NERVA - Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application. Todos os projetos foram abandonados pelo elevado custo e pelos acordos de não-proliferação de dispositivos nucleares no espaço. Recentemente em 2003 a NASA retomou o interesse na propulsão nuclear através do “Projeto Prometheus” (http://prometheus.jpl.nasa.gov/). Um dos possíveis sistemas que serão desenvolvidos como parte deste projeto será a missão JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) que utilizará a Propulsão Elétrica Nuclear. Outra tecnologia baseada na energia nuclear será a Propulsão por Fusão por Indução de Microondas. Para se ter uma idéia comparativa, uma viagem até Marte com a tecnologia convencional levaria cerca de 6 meses. Com a propulsão nuclear este tempo pode ser reduzido para 2 meses ou menos.
PROPULSÂO IÔNICA: é uma forma de propulsão elétrica na qual íons são acelerados através de um campo eletrostático e produzem um jato de partículas com alta-velocidade (30 Km/s). Um motor iônico possui um impulso específico altamente eficiente, mas de baixo poder de empuxo, não sendo, portanto útil para o ambiente atmosférico e o transporte até o espaço. Porem, no ambiente espacial, é um sistema extremamente eficiente, pois pode gerar empuxo constante por meses ou anos. Será e está sendo utilizado de duas formas: motores para transferência de órbita e deslocamento de satélites e sondas para exploração do espaço profundo em missões de longa duração. O modelo atualmente utilizado em duas sondas (Deep Space 1 da NASA e SMART-1 da ESA) é o empuxo por bombardeamento de elétrons, sendo o modelo XIPS (Xenon-Ion Propulsion System) considerado o mais eficiente.
Fazendo algumas reflexões, quando há quase 500 anos atrás, o navegador português Fernão de Magalhães deu a volta ao redor da Terra, gastou cerca de três anos para empreender esta jornada. Com o advento do avião, buscava-se imitar o vôo dos pássaros através da compreensão de sua mecânica para vencer grandes distâncias em menor espaço de tempo e assim, surgiu a tecnologia aeronáutica e passamos a realizar o mesmo percurso em aproximadamente 12 horas e, mais recentemente, utilizando a tecnologia aeroespacial, podemos realizar o mesmo trajeto em menos de 1 hora e ainda construímos espaçonaves que podem chegar a velocidades espantosas de 28.000 Km/h com o Space Shuttle em órbita da Terra e de 63.000 Km/h com a sonda Voyager I. Podemos perceber que no período de 500 anos de avanços, continuamos utilizando um veículo para nos transportar, diminuímos o tempo gasto na viagem, mas o espaço percorrido continua sendo o mesmo e assim, o que realmente mudou? Simplesmente o meio ou a dimensão que utilizamos para realizar o mesmo percurso. Nos primórdios, utilizávamos o mar, aonde enfrentávamos a resistência das águas e limitação dos ventos; depois passamos ao ar, aonde encontramos o atrito da atmosfera, as limitações da altitude e a necessidade de aceleração e finalmente, chegamos ao espaço, aonde utilizamos a ação da força da gravidade para nos deslocarmos. Podemos assim concluir que a cada troca do meio pelo qual o percurso é realizado, podemos alterar significativamente o tempo gasto para realiza-lo. Isto nos mostra que através da tecnologia é possível descobrir e identificar outras vias e rotas alternativas que nos possibilitem vencer enormes distâncias em menor tempo.
Se hipoteticamente, imaginarmos uma nave que pudesse alcançar a estonteante velocidade da luz de 299.792,458 Km/s e nos encaminharmos para a estrela mais próxima da Terra (Próxima Centauri) que dista em média 4,2 anos-luz, levaria, teoricamente 4,2 anos para chegar até ela, sendo que segundo a Teoria da Relatividade Especial de Albert Einstein, o tempo na Terra seria quadruplicado e somando-se a viagem de regresso, teriam se transcorrido no total oito anos para o viajante e mais de um século para as pessoas que aqui ficaram! O objetivo da viagem estaria obviamente perdido, defasado e tecnologicamente superado bem como o mundo estaria totalmente modificado. Isto, sem lembrar do fato que uma nave cruzando o espaço na velocidade da luz necessitaria de um computador inimaginavelmente fantástico que teria de processar trilhões de informações em femtosegundos e curiosamente teria de funcionar mais rápido que a luz, contando ainda com sensores de rastreamento que também teriam de funcionar mais rápido do que a luz, pois a detecção de um obstáculo para a nave teria de ser processada num tempo absurdamente curto para permitir uma manobra evasiva. Lembrando também que um simples obstáculo do tamanho de uma bola de gude seria o suficiente para acabar com a nave e seus ocupantes. Somente para ilustrar, uma recente missão do Space Shuttle – Challenger, da NASA, teve seu vidro térmico especial, construído com a mais moderna técnica de blindagem, rachado devido ao impacto de uma lasca de tinta de alguns microns de tamanho, viajando a velocidade de 40.000 Km/s!
Com esta exposição, podemos concluir que obviamente, viajar na velocidade da luz ou acima dela talvez não seja a alternativa correta para vencer o obstáculo das distâncias. A resposta a esta questão poderia estar na rota e no meio (dimensão) que teria de ser utilizado para realizar o percurso. Embora em toda história tenham sido registradas naves de vários aspectos, todas mantêm uma certa simetria no formato e na maneira de se apresentar.
A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA), é a agência do governo dos EUA responsável pela pesquisa e desenvolvimento de tecnologias e programas que viabilizem a exploração espacial e atividades relacionadas. Uma de suas divisões ligadas a Space Sciences (Ciências Espaciais) suportou, de 1996 a 2002 um projeto intitulado Breakthrough Propulsion Physics (BPP) conduzido por Marc Millis, cujo objetivo seria de tornar viável e confiável tecnologias que quebrassem o atual limite dos sistemas de propulsão espacial. Tais estudos deveriam mostrar quais as possibilidades a curto, médio e longo prazo em teoria e prática que permitissem construir sistemas de propulsão para se atingir o espaço e viabilizar viagens pela galáxia e alêm. Todo o projeto foi supervisionado pelo Glenn Research Center e pelo Advanced Space Transportation Plan (ASTP) e administrados pelo Marshall Space Flight Center (MSFC). Sendo assim, o foco principal estaria nos sistemas de propulsão para se responder como impulsionar uma espaçonave mais de forma rápida, mais distante e com maior eficiência do que as tecnologias atuais. Para responder a esta fundamental questão, os objetivos principais seriam:
MASSA: descobrir novos métodos de propulsão que eliminasse ou reduzissem dramaticamente a necessidade de propelentes. Isto implica em descobrir novos meios de se criar impulso, presumivelmente manipulando a inércia, gravidade, ou através de qualquer outra interação entre matéria, campos e espaço-tempo.
VELOCIDADE: descobrir como atingir velocidades de trânsito que reduzissem de forma dramática o tempo de uma viagem. Isto implica em descobrir meios de se mover um veículo a velocidade máxima (ou próxima) do limite para trajetórias através do espaço ou através do próprio espaço-tempo
ENERGIA: descobrir novos modos de se gerar energia a bordo de espaçonaves capaz de alimentar os novos sistemas de propulsão. Este terceiro objetivo é necessário desde que os dois primeiros necessitariam de inovadoras fontes de energia.
Estudos sérios a respeito de viagens espaciais galácticas começaram em 1960 quando o físico norte-americano Robert Bussard sugeriu uma espaçonave dotada de um escudo de 3.200 Km de diâmetro e que recolheria o abundante Hidrogênio do espaço interestelar para fornecer energia a um motor baseado em fusão nuclear. Este projeto ficou conhecido como “Jato de Guerra Bussard”. Também em 1960 vários cientistas sugeriram a construção de uma espaçonave que seria impulsionada pela detonação de bombas nucleares em sua parte traseira. Esta idéia ficou conhecida como “Projeto Orion” e “Projeto NERVA” (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Em 1970, a Sociedade Interplanetária Britânica idealizou o “Projeto Daedalus” que funcionaria com um sistema de propulsão baseado na fusão nuclear, tecnologia esta hoje em fase experimental. Infelizmente nenhuma destas idéias saiu do papel e atualmente estudam-se várias alternativas para romper as limitações dos sistemas de propulsão de foguetes atuais. Os custos proibitivos e o tratado de não-realização de testes nucleares (1963) acabaram por determinar o fim destes projetos que recentemente foram retomados pela NASA.
Como exemplo, poderíamos citar as espaçonaves de exploração gêmeas Voyager I e II, lançadas em 1977, que estão deixando os limites do Sistema Solar na velocidade de 58.000 e 63.000 Km/h respectivamente Uma velocidade altíssima para os padrões humanos, sem dúvida. Só que nesta velocidade, chegaríamos ao sistema de Alfa Centauro em cerca de 80.000 anos! Isto sem falar que não existiria combustível suficiente para alimentar um sistema de propulsão de foguetes baseado em reações químicas convencionais. Nos foguetes atuais, existe a necessidade de se carregar seu próprio combustível e oxidante. Não importando o quanto eficaz seja o foguete, atualmente é impossível carregar o material necessário para empreender uma viagem intergaláctica. Isto se falando em viagens não-tripuladas, que não necessitam levar as condições necessárias para a sobrevivência humana. Uma nave-sonda de exploração não sente fome, frio, solidão, emoções, cansaço, dúvidas, incertezas, etc e assim são os veículos ideais para “irem na frente” dos exploradores humanos. Para estes, não adianta possuir a melhor e mais rápida nave. È necessário levar uma parte do ambiente terrestre junto (água, oxigênio, alimentos, entretenimento, atividades físicas, etc). Por isto é que ainda o ser-humano não explorou pessoalmente outros Planetas como fez com a Lua. Temos toda a tecnologia necessária para levar um ser-humano a Marte, por exemplo, mas, ainda não temos uma tecnologia adequada para mantê-lo lá e o mais importante: traze-lo de volta com vida! Uma ou duas décadas ainda serão necessárias para se realizar esta tarefa. Mas, sem sombra de dúvidas, que será feita!
Marc Mills, do programa BPP da NASA, sugeriu sete formas hipotéticas de sistemas de propulsão para viagens interestelares. Três destes sistemas especulativos são baseados nos conceitos de “velas espaciais” (indução, diodo e diferencial). Os outros quatro motores para propulsão são denominados de: disjunção, diamétrico, anel de indução e bias.
MOTORES DE EMPUXO MOVIDOS A LASER: os multifuncionais e versáteis geradores LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) são uma das promessas para sistemas de propulsão. Existem basicamente dois tipos de sistemas de propulsão baseados em raios laser: ou baseado em terra ou a bordo da espaçonave. Nos sistemas baseados a bordo da espaçonave o laser faria parte de um sistema baseado na propulsão nuclear (por fissão ou fusão). Já nos sistemas baseados em terra ou em órbita terrestre possui grandes vantagens sobre o primeiro, pois eliminam a necessidade de se carregar propelentes de qualquer espécie. Isto faria com que a espaçonave tivesse um tamanho e massas reduzidas, o que refletiria numa ótima performance. O cientista norte-americano Robert Forward foi o primeiro a sugerir espaçonaves movidas a raios laser. O princípio de funcionamento consistiria no lançamento de duas espaçonaves ou uma espaçonave e um sistema baseado em terra. Uma carregaria um potente laser e poderia ficar na órbita da Terra e enviaria um raio constante para um imenso disco coletor (vela espacial) atracado a outra nave. A pressão causada pela luz do laser poderia impulsionar esta nave a cerca de 20% da velocidade da luz. Graças aos estudos realizados durante o programa dos EUA denominado SDI – Strategic Defense Initiative (Guerra nas Estrelas), o cientista Leik Mirabo do Rensselaer Polytechnic Institute em conjunto com a NASA e USAF desenvolveram um sistema de propulsão a laser que, utilizando um gerador de pulsos de 10 Kwatts de laser infravermelho, conseguiu impulsionar uma pequena espaçonave em forma de “disco-voador” com 12,2 cm de diâmetro de massa de 50 gramas a uma altitude de 71 metros. Para lançar uma pequena espaçonave de 1 Kg em órbita da Terra, seria necessário um laser pulsado com potência de 1 Mwatt. No lugar dos raios laser, também poderia ser utilizado o MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) que ao contrário do laser, utiliza um feixe de microondas direcional para gerar o empuxo necessário.
MOTOR DE EMPUXO DE DOBRA (WARP-DRIVE): em 1915 Albert Einstein publicou sua Teoria da Relatividade Geral que postulava como o espaço e o tempo são distorcidos ou “ dobrados” próximos a objetos massivos. A espaçonave USS Enterprise da série de ficção “Star Trek” consegue viajar várias vezes mais rápido do que a luz impulsionada por motores de antimatéria que distorcem ou “dobram” o espaço-tempo, diminuindo assim as distâncias mas mantendo as relações de causalidade inalteradas. O cientista mexicano Miguel Alcubierre Moya, se inspirou nesta série de ficção para investigar se seria realmente possível construir um motor de dobra (warp drive). Alcubierre descobriu uma solução para as equações de Albert Einstein que possui muitas das características desejáveis da dobra espacial. Tal engenho deveria ser capaz de contrair o espaço a frente da espaçonave e expandi-lo atrás. Uma espaçonave com este tipo de motor criaria uma “bolha” ou “campo” ao seu redor e poderia viajar bem abaixo da velocidade da luz para quem estivesse dentro da bolha. Devido a criação deste campo que geraria a contração/expansão do espaço-tempo, a espaçonave, na verdade, estaria viajando centenas ou milhares de vezes acima da velocidade da luz em relação ao exterior! A exigência para isto funcionar adequadamente seria possuir a chamada energia negativa que seria utilizada nas laterais da bolha e contrairia o espaço a frente da espaçonave reduzindo assim a distância até o local de destino. Atrás da espaçonave o espaço seria expandido, deixando o local de partida cada vez mais distante. Na verdade seria como ficar parado e “deslizar” pelo espaço-tempo que passaria como uma correnteza pela espaçonave. A teoria quântica permite a existência da energia negativa porêm também impõe várias restrições quanto a sua geração, existência e utilização. Como ainda não temos uma compreensão geral de tudo o que envolve a mecânica quântica, ainda precisamos esclarecer várias questões para saber se algum dia poderemos utilizar a energia negativa para construir motores de dobra e os chamados “wormholes” ou “buracos de minhoca”.
MOTORES MOVIDOS A ANTIMATÉRIA: mais uma a ficção inspira a ciência no mundo real. A idéia vem da espaçonave USS Enterprise possui motores de dobra que utilizam a aniquilação total entre matéria e antimatéria para impulsionar a espaçonave a velocidades vária vezes superiores a da luz. Este processo é estudado há anos pela NASA, pois é o sistema de propulsão mais eficiente que se pode imaginar. A mais eficiente reação química para propulsão conhecida atualmente produz cerca de 1x107 Joules/Kg; um sistema baseado em fissão nuclear poderia produzir cerca de 8x1013 Joules/Kg; se for baseado em fusão nuclear cerca de 3x1014 Joules/Kg. Já a completa aniquilação entre matéria e antimatéria, de acordo com a fórmula E=M*C2, poderia produzir cerca de 9x1016 Joules/Kg. Comparando kilograma por kilograma, a aniquilação matéria/antimatéria produz 10 bilhões de vezes mais energia do que a mistura de Hidrogênio/Oxigênio utilizada para impulsionar a lançadeira espacial (Space Shuttle) e 300 vezes mais do que a fusão nuclear que ocorre no interior do Sol. Entretanto existem alguns impedimentos técnicos que ainda necessitam ser solucionados. A antimatéria não existe em quantidades significativas na natureza e assim, necessita ser fabricada. Os gigantescos aceleradores relativísticos de partículas do CERN e do Fermilab são os únicos locais (por enquanto) aonde esta produção pode ocorrer. O processo de produção ainda é caro e lento. Atualmente já foi conseguido produzir cerca de 10 nanogramas de antimatéria. Calcula-se que uma viagem interplanetária necessitaria de 1000 gramas e uma viagem tripulada de meros 30 dias até Marte necessitaria de 140 nanogramas! Outro problema seria com relação ao armazenamento. A antimatéria não pode ser armazenada pelos sistemas convencionais, pois reagiria com o material imediatamente. Uma solução que já se encontra em testes se chama de “Penning Trap” que consiste em uma garrafa eletromagnética super-resfriada aonde as partículas de antimatéria podem ser mantidas em suspensão. Existem atualmente três sistemas de propulsão baseados em antimatéria em estudos. Um denominado de ACMF (Antiproton Catalyzed Micro Fission) outro de ICAN-II (Ion Compressed Antimatter Nuclear II) e o por fim o AIM (Antiproton Initiated Microfission and Fusion). Utilizando cerca de 30 a 130 microgramas de antimatéria, uma espaçonave não-tripulada com tecnologia AIM (AIMStar) poderia atingir a Nuvem de Oort a cerca de 1 trilhão de Km da Terra em menos de 20 anos e se a tecnologia de “velas espaciais” for agregada ao sistema propelido por antimatéria, uma espaçonave poderia atingir o sistema triplo de Alfa Centauro em cerca de 40 anos, utilizando algumas gramas de anti-hidrogênio. Algum dia engenhos que funcionem pela aniquilação entre matéria e antimatéria serão os motores padrão para naves espaciais, tripuladas ou não. Porem estas ainda não viajarão na velocidade da luz, mas poderão chegar muito próximo disto.
VELAS ESPACIAIS: são engenhos e dispositivos que utilizam a pressão da luz solar, de raios laser, microondas ou qualquer outra forma de radiação de energia para impulsionar um veículo espacial da mesma forma que um navio a vela seria impulsionado pelo vento. A vela espacial consiste basicamente numa estrutura que suporta uma extensa área formada por painéis de material reflexivo que coletam material que gerará a pressão necessária para impulsionar todo o sistema. A tecnologia das velas espaciais pode ser agregada a outras tecnologias e criar sistemas mistos.
ATALHOS ESPAÇO-TEMPORAIS- WORMHOLES: foi no final da década de 80 que os físicos norte-americanos Michael S. Morris e Kip S. Thorne do CalTech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) cunharam o termo e estabeleceram os conceitos teóricos dos “buracos de minhoca ou de vermes” (wormhole em inglês) que seriam atalhos criados artificialmente (ou que podem existir de forma natural) através do espaço-tempo. Um “buraco de verme”, como o nome diz, seria como um túnel interligando duas localizações diferentes do espaço. Uma espaçonave que tivesse que viajar de um ponto A para um ponto B poderia entrar por uma das aberturas, passar pelo interior do túnel e sair pelo outro lado, num tempo que demoraria muito menos do que se tivesse que percorrer este trajeto de forma convencional. Para formar e manter as paredes internas do túnel, seria preciso utilizar energia negativa, cujo campo gravitacional repulsivo permite que exista uma força capaz de distorcer o espaço-tempo a ponto de quase uni-los. Para que um túnel criado desta forma possa ser percorrido por objetos materiais macroscópicos, ele precisa permitir que fótons possam atravessa-lo. Assim, os fótons que entram por uma das aberturas convergem no interior do túnel pela ação do campo de gravidade produzida pela energia positiva (convencional) e são então divergidos pelo campo da gravidade da energia negativa (repulsivo). Como este túnel estaria distorcendo o espaço-tempo, algo que o atravesse estaria viajando milhares de vezes mais rápido do que a luz. Depois, em 1994, que Miguel Alcubierre aproveitando estes conceitos esboçou, teoricamente, o conceito de “dobra espacial”.
VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket): trata-se de um engenho baseado em plasma e que está sendo desenvolvido pelo astronauta Franklin Chang-Diaz da NASA que começou suas pesquisas em 1979, quando ainda era um estudante do MIT. Desde então Chang-Diaz e colegas continuaram trabalho no dispositivo no Advanced Space Propulsion Laboratory localizado no Johnson Space Center. Os motores de foguete convencionais funcionam com uma mistura de combustível e oxidante para gerar empuxo. O sistema VASIMR usa uma série de campos magnéticos para criar e acelerar o plasma, ou gás ionizado a altas-temperaturas. O processo começa quando é injetado gás de hidrogênio neutro na primeira de três câmaras magnéticas. Então o gás é ionizado arrancando o único elétron de cada átomo de hidrogênio. O gás é enviado então para a câmara magnética central aonde ondas de rádio aquecem o gás a temperaturas de mais de 50.000°C transformando-o assim em plasma. Este plasma é então injetado na última cela magnética que é um bocal magnético dirige o fluxo de plasma para um sistema de exaustão que prove então empuxo. Uma vantagem fundamental deste engenho é que o impulso gerado pode ser variado em vôo para mudar a quantidade do empuxo. O impulso específico da máquina pode ser utilizado tanto para acelerar como para desacelerar uma nave. Um motor deste tipo poderia realizar a distância Terra-Marte em apenas 3 meses. Além disso, um motor VASIMR pode permitir que uma missão seja abortada em qualquer posição e retornar a Terra com segurança.
M2P2 (Mini-Magnetospheric Plasma Propulsion): trata-se de um conceito de propulsão moderno em estudo pela Universidade de Washington, Seattle em parceria com a NASA. O dispositivo M2P2 usaria o “vento solar” para acelerar uma espaçonave envolta em uma versão miniatura da magnetosfera de Terra gerada pela própria espaçonave. O bombardeio de plasma vindo do Sol em um campo magnético artificialmente gerado arrastaria o campo magnético formando uma bolha de uns 30-60 km de diâmetro, dependendo do campo que a astronave produziu. Uma nave com esta tecnologia poderia ser de 10 a 20 vezes mais eficiente que o motor principal do Ônibus Espacial (Space Shuttle). Tendo somente um tanque com 3 kg de Hélio como plasma-combustível, a bolha magnética poderia ser mantida por 3 meses - o tamanho da bolha cresceria e diminuiria conforme a variação do “vento solar”. Cálculos mostraram que existe bastante fluxo “vento solar” para acelerar uma sonda de 136 kg sonda a velocidades de até 80 km/s, ou 6.9 milhões de km/dia. Para comparação, o Ônibus Espacial (Space Shuttle) viaja a meros 7.7 km/s ou 688.000 km/dia.
PROPULSÃO NUCLEAR: a liberação de energia através de reações nucleares para gerar empuxo direto é distinta da propulsão elétrico-nuclear. A propulsão nuclear é um sistema baseado na fusão ou fissão nuclear e foi estudada de forma seria a partir de 1944 por Stanislaw Ulam e Frederick de Hoffman que trabalharam no Projeto Manhattan. Durante 15 anos após a II Guerra Mundial, a Comissão de Energia Atômica dos EUA (transformada no Departamento de Energia a partir de 1974) trabalhou em conjunto com várias agências federais em inúmeros projetos baseados na propulsão nuclear culminando no NERVA - Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application. Todos os projetos foram abandonados pelo elevado custo e pelos acordos de não-proliferação de dispositivos nucleares no espaço. Recentemente em 2003 a NASA retomou o interesse na propulsão nuclear através do “Projeto Prometheus” (http://prometheus.jpl.nasa.gov/). Um dos possíveis sistemas que serão desenvolvidos como parte deste projeto será a missão JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) que utilizará a Propulsão Elétrica Nuclear. Outra tecnologia baseada na energia nuclear será a Propulsão por Fusão por Indução de Microondas. Para se ter uma idéia comparativa, uma viagem até Marte com a tecnologia convencional levaria cerca de 6 meses. Com a propulsão nuclear este tempo pode ser reduzido para 2 meses ou menos.
PROPULSÂO IÔNICA: é uma forma de propulsão elétrica na qual íons são acelerados através de um campo eletrostático e produzem um jato de partículas com alta-velocidade (30 Km/s). Um motor iônico possui um impulso específico altamente eficiente, mas de baixo poder de empuxo, não sendo, portanto útil para o ambiente atmosférico e o transporte até o espaço. Porem, no ambiente espacial, é um sistema extremamente eficiente, pois pode gerar empuxo constante por meses ou anos. Será e está sendo utilizado de duas formas: motores para transferência de órbita e deslocamento de satélites e sondas para exploração do espaço profundo em missões de longa duração. O modelo atualmente utilizado em duas sondas (Deep Space 1 da NASA e SMART-1 da ESA) é o empuxo por bombardeamento de elétrons, sendo o modelo XIPS (Xenon-Ion Propulsion System) considerado o mais eficiente.
E quanto ao tempo? Como ficam as relações temporais quando se viaja a velocidades relativísticas e próximas a campos de gravidade extrema? A dilatação do tempo, de acordo com a Teoria Especial da Relatividade de Albert Einstein, é a diminuição da passagem do tempo experimentada por pessoas ou objetos que se movem em relação a um observador externo. Já a dilatação gravitacional do tempo, é a diminuição da passagem do tempo para qualquer um que esteja próximo a um campo gravitacional. Então temos dois tipos de efeito sobre a passagem do tempo.
DILATAÇÃO DO TEMPO BASEADO NA VELOCIDADE: quando algo acelera próximo a velocidade da luz, o tempo “passa” mais devagar com relação ao resto do Universo. Um observador externo veria o objeto fazer tudo em “câmera lenta”. O efeito é simétrico: um observador dentro do objeto em movimento (uma nave, por exemplo) veria o observador externo em “câmera lenta”. Este fenômeno se baseia no famoso “Paradoxo dos Gêmeos”, tão bem explicado por Carl Sagan. É importante observar que este efeito é extremamente insignificante para velocidades ordinárias. Somente se torna um efeito importante e considerável para velocidades acima de 30.000 Km/s ou cerca de 10% da velocidade da luz.
DILATAÇÃO DO TEMPO BASEADO NA GRAVIDADE: a dilatação gravitacional do tempo é um efeito da Teoria da Relatividade Geral e já foi experimentalmente verificada e mensurada utilizando-se relógios atômicos a bordo de aviões e aeronaves orbitais. Os relógios que viajaram a bordo das aeronaves ao redor do campo gravitacional da Terra retornaram ligeiramente mais adiantados do que os relógios de controle que ficaram em terra. O efeito é tão significativo que os sistemas de posicionamento global (GPS) necessitam corrigir este efeito nos relógios a bordo de satélites artificiais em órbita da Terra. Outro exemplo de dilatação gravitacional do tempo ocorreria próximo a “buracos-negros”, objetos extremamente massivos e, conseqüentemente, de campo gravitacional extremo. Astronautas que viajam a altas velocidades a bordo de espaçonaves em órbita da Terra são também viajantes do futuro, embora para eles, a passagem do seu tempo, a bordo, seja a mesma! Tudo, como sempre, é relativo ao sistema inercial em que se está. Por isto a Teoria da Relatividade recebeu esta denominação!
Sendo assim, a dilatação temporal seria um artifício significativo para as viagens espaciais, pois possibilitaria, literalmente, viajar para o futuro: se e quando for possível acelerar uma espaçonave a velocidades relativísticas suficientes, um ano a bordo da espaçonave corresponderia a 10 anos fora dela. Assim, uma aceleração constante de 1 g (1 vez a força da gravidade) poderia permitir a seres-humanos circunavegar o Universo conhecido (cerca de 15 bilhões de anos-luz de raio) no tempo estimado de uma vida humana. Um uso efetivo deste efeito seria no envio de seres-humanos a sistemas estelares próximos sem que estes passem toda sua vida a bordo de uma espaçonave. Porem, espaçonaves dotadas desta capacidade necessitariam de sistemas de propulsão inovadores, muitos dos quais citamos neste trabalho. Deve-se também observar que viajar a velocidades relativísticas implicaria em desenvolver uma sistema de blindagem totalmente eficiente pois no meio espacial, até os raios cósmicos de alta energia seriam uma barreira que poderiam vaporizar uma espaçonave. Como pudemos observar ainda estamos longe de criar um sistema eficiente para realizar viagens interestelares e intergalácticas. As dificuldades tecnológicas e as distâncias espaciais cada vez maiores são uma barreira real. Talvez um dia descobriremos algo extremamente simples que, ao toque de um botão, sejamos transportados para o outro lado da Galáxia! Quem sabe?
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