Por Aleksander.L

No dia 4 de agosto de 2007, o foguete Delta 2 partiu de Cabo Canaveral, na Flórida, rumo ao espaço carregando a espaçonave Phoenix. O destino da Phoenix: o planeta Marte. Sua missão: buscar, durante três meses, possíveis formas de vida, passadas ou presentes. No dia 25 de maio de 2008, 9 meses e 21 dias depois do lançamento do Delta 2, a sonda de 350 kg pousou com sucesso no Pólo Norte do planeta vermelho, carregando 55 kg de instrumentos científicos.
Água de Marte é salgada demais
para sustentar vida, diz estudo

Enquanto a Missão Phoenix procura evidências de vida em Marte, analisando o solo e a água congelada do planeta, cientistas das universidades Harvard e Stone Brook, nos EUA, publicam um estudo sugerindo que a água de marte é salgada demais para sustentar a vida que conhecemos. A descoberta foi feita a partir da análise dos depósitos de sal de rocha marciana de 4 bilhões de anos explorada pelo robô Opportunity e por espaçonaves que orbitam Marte. O estudo foi publicado na edição de 29 de maio de 2008 da revista Science.
A água líquida é exigida por todas as espécies na Terra, e nós assumimos que é o mínimo necessário para haver vida em Marte"" diz o pesquisador Nicholas J.Tosca, de Harvard. "Contudo, para analisar a capacidade de Marte, precisamos considerar a qualidade de sua água. Os limites da vida como conhecemos são definidos pela temperatura, acidez e salinidade da água".

 

De acordo com o estudo, mesmo há bilhões de ano, a salinidade da água marciana já excedia os níveis em que a vida terrestre pode crescer e sobreviver.­
­ O trabalho principal da sonda é estudar a história da água no ártico marciano, procurar evidências de uma zona habitável no planeta, monitorar o clima na região polar e avaliar o potencial biológico do limite gelo-solo. Um dos coordenadores da Missão Phoenix Mars Lander é o brasileiro Ramon de Paula, radicado nos Estados Unidos desde 1969, que trabalhou no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) e vem comandando missões para Marte desde 2000. Outro brasileiro no projeto é Nilton Rennó. Cientista da Universidade de Michigan, ele ajudou os cientistas da Nasa a escolher o local de pouso da Phoenix.
JPL/Nasa

 

Animação mostra a sonda Phoenix já em solo marciano
Marte é um planeta deserto e frio com nenhuma água líquida em sua superfície. Mas no Pólo Norte marciano, água em forma de gelo esconde-se bem abaixo da superfície, como mostram descobertas feitas pela sonda Mars Odissey, em 2002. A sonda Phoenix está atuando na região circumpolar usando um braço robótico para chegar até a camada de gelo, cavando através da superfície protetora do solo. Amostras do gelo e do solo serão levadas para a plataforma da sonda para uma análise científica de seus elementos. Os resultados dessa análise serão enviados à Nasa, a agência espacial norte-americana, e vão contribuir com o Programa de Exploração de Marte.
A Missão Phoenix é liderada pela Universidade do Arizona, com gerenciamento do projeto do Laboratório de Propulsão a Jato (Nasa) e desenvolvimento e parceria com a empresa Lockheed Martin Space Systems. Contribuem para a missão a agência espacial canadense, a Universidade de Neuchatel (Suíça), a Universidade de Copenhague (Dinamarca), o Instituto Max Planck (Alemanha) e o Instituto Meteorológico Finlandês.
Nas próximas páginas você saberá como é a sonda Phoenix e como funcionam os seus instrumentos.
Todos os dados e imagens deste artigo foram fornecidos pela Nasa.
Como é a sonda Phoenix
A Phoenix usa o corpo principal de um módulo de aterrissagem feito para a missão Mars Surveyor, que seria lançada em 2001 e que foi cancelada antes mesmo do lançamento. Durante o ano que antecedeu o lançamento, os cientistas envolvidos no projeto Phoenix realizaram rigorosos testes e algumas adaptações para que a sonda cumprisse sua missão. "A abordagem desses testes foi executar as seqüências da missão atual e integrar os instrumentos de maneira a permitir a análise de todo o sistema aqui mesmo da Terra", explicou Ed Sedivy, gerente do programa da espaçonave Phoenix da Lockheed Martin Space Systems, em Denver, que construiu a sonda.
A sonda tem vários subsistemas que

foram atualizados para esta missão:

Tratamento de comandos e dados e controle do processamento do computador da espaçonave;

Energia elétrica, consistindo de painéis solares, baterias e circuitos de conversão associados;

Telecomunicações, garantia de fluxo de dados de e para a Terra

Orientação, navegação e controle para o pouso seguro em Marte;

Propulsão, controle da trajetória com manobras de correção durante o vôo e o pouso;

Integridade da estrutura da espaçonave;

Mecanismos que permitem o movimento dos vários componentes da sonda; e Controle térmico usando transferência de calor que garante as médias de temperaturas adequadas a todas as partes da Phoenix.
A bordo do deck da Phoenix há um conjunto de instrumentos científicos representando algumas das mais sofisticadas e avançadas tecnologias já enviadas a Marte. As amostras de solo e gelo coletadas pelo braço robótico do módulo de aterrissagem serão analisados pelos instrumentos montados no deck. Um instrumento-chave irá verificar a água e os compostos contendo carbono, aquecendo as amostras de solo em minúsculos fornos e examinando os vapores liberados no quecimento. Outro instrumento irá testar as amostras de solo, adicionando água e analisando a dissolução dos produtos. Câmeras e microscópios irão fornecer informações sobre objetos em dimensões que podem variar em escalas de bilhões - desde coisas que cabem às centenas dentro de um ponto final de uma frase até vistas aéreas tiradas durante a descida. Uma estação meteorológica vai fornecer informações sobre o processo atmosférico da região polar.
As asas negras nos dois lados do corpo principal do módulo são painéis solares que fornecem a energia elétrica necessária. Veja na animação abaixo onde fica cada um dos instrumentos científicos da sonda.
Phoenix chamando Terra
A sonda Phoenix mantém contato constante com a Terra. Isso só é possível com a ajuda da nave espacial de outra missão, a Mars Odyssey. A cada duas horas ela sobrevoa o Pólo Norte de Marte. A Phoenix transmite imagens e dados científicos da superfície para a Odyssey, que retransmite os dados para a rede de antenas da Nasa na Terra (Deep Space Network). Quando os cientistas da Nasa querem transmitir informações ou comandos para a Phoenix, o caminho percorrido pelos dados é inverso. JPL/Nasa

Veja­ como é a comunicação entre a Phoenix ­e os cientistas na Terra­
O braço robótico da Phoenix
JPL/Nasa
Braço robótico da Phoenix, que escava o solo marciano e coleta amostras para análise no laboratório da sond.O braço robótico (RA) da Phoenix foi construído pelo Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa. O instrumento é essencial para as operações da sonda e foi projetado para cavar fossos, retirar amostras de solo e água e entregar essas amostras aos instrumentos de análise térmica de desprendimento de gás e de microscopia, eletroquímica e condutividade para análise química e geológica detalhada. Com design semelhante ao de uma retroescavadeira, o RA pode operar em quatro movimentos livres: para cima e para baixo, para os lados, para frente e para trás e rotacionando.
­ O braço robótico mede 2,35 m de comprimento com um junta no meio, que permite ao braço escavar cerca de meio metro abaixo da superfície, profundidade suficiente para chegar onde os cientistas acreditam estar o solo de água em forma de gelo. Na ponta do braço robótico existe uma concha móvel, que inclui dentes afiados e lâminas serrilhadas. Quando o solo de gelo for encontrado, primeiro os dentes afiados serão usados para romper os materiais expostos, e depois as lâmina serrilhadas vão raspar o material do solo rachado. A concha móvel irá, em seguida, passar pelos sulcos feitos e recolher as amostras fragmentadas suficientes para o estudo científico na plataforma da sonda.
Um braço robótico similar foi desenvolvido para o módulo Mars Polar e testado no Vale da Morte em 2000. Conseguiu escavar cerca de 20 centímetros em menos de 4 horas. As condições de solo extremamente duro do Vale da Morte são parecidas com as que a Phoenix encontra em Marte.
A câmera do braço robótico
A câmera do braço robótico foi construída pela Universidade do Arizona e pelo Instituto Max Planck. Ela está acoplada logo acima da concha do braço robótico. O instrumento propicia imagens coloridas e em close:
Da superfície marciana nas vizinhanças da sonda
Das amostras de solo e água congelada nos fossos cavados pelo braço robótico
Da verificação das amostras coletadas na concha antes da análise microscópica, eletroquímica e de condutividade
Do fundo e das laterais do fosso escavado para examinar em detalhes as texturas e a estratificação

Universidade do Arizona
A câmera acoplada no braço robótico faz imagens coloridas ­e em close das amostras e dos fossos escavados. Ao examinar a cor e o tamanho dos grãos das amostras da concha, os cientistas podem melhor compreender a natureza do solo e da água congelada no fosso que está sendo escavado pelo braço robótico. As imagens do chão e das paredes laterais podem ajudar a determinar a presença da estratificação resultante das mudanças no clima marciano. A câmera do braço robótico é um captor de imagens em formato de caixa com um sistema de lentes Gauss duplo, facilmente encontrado em muitas câmeras de 35 mm. Dois conjuntos de luz fornecem iluminação da área-alvo. O conjunto superior contém 36 lâmpadas azuis, 18 verdes e 18 vermelhas, e o inferior, 16 azuis, 8 verdes e 8 vermelhas. A câmera tem dois motores: um configura o foco das lentes de 11 mm até o infinito, e a outra abre e fecha a capa transparente antipoeira. A magnificação dos instrumentos é de 1:1 no foco mais próximo, propiciando resoluções de imagens de 23 mícrons por pixel.

A estação meteorológica MET
A estação meteorológica da Phoenix (MET) foi construída pela Agência Espacial Canadense para gravar o clima no Pólo Norte de Marte diariamente usando sensores de temperatura e pressão e um instrumento de detecção de luz e variação (Lidar). Com esses instrumentos, feitos pela MD Robotics, a MET desempenha um papel importante na missão, ao fornecer informações sobre o estado atual da atmosfera polar e como é o ciclo da água entre as fases sólida e gasosa no ártico marciano.

MET Team/CSA
Desenho mostra a localização dos três termômetros (em amarelo) da estação meteorológica carregada pela Phoenix
O Lidar é um instrumento que opera sob os mesmos princípios básicos de um radar, mas usando pulsos de luz de laser em vez de ondas de rádio. O Lidar transmite luz verticalmente dentro da atmosfera, que é refletida para fora das partículas de poeira e gelo. Esses pulsos de luz refletida e seu tempo de retorno ao instrumento do Lidar são analisados, revelando informações sobre o tamanho das partículas atmosféricas e sua localização.
A partir dessa distribuição de partículas de poeira e gelo, cientistas podem fazer importantes inferências sobre como a energia flui dentro da atmosfera polar - informação essencial para a compreensão do tempo marciano. Essas partículas também revelam a formação, duração e movimento das nuvens, da neblina, e das nuvens de poeira, melhorando a compreensão científica dos processos atmosféricos de Marte.
As temperaturas muito baixas do ártico marciano serão medidas com finos termopares de fios, uma tecnologia usada com sucesso nas estações meteorológicas das missões Viking e Pathfinder. Num termopar, a corrente elétrica flui em um circuito fechado de dois metais diferentes (cromo e constantã, no caso da MET) quando uma das duas junções está numa temperatura diferente. Três desses sensores termopares estão localizados em um mastro de 1,2 m para fornecer um perfil de como a temperatura muda com alturas próximas da superfície.
A pressão atmosférica de Marte é bem baixa e exige um sensor de medição bastante sensível. Sensores de pressão similares aos usados na Viking e na Pathfinder fazem parte da MET.

Refletor Estereoscópico de Superfície
Projetado e construído pela Universidade do Arizona, o Refletor Estereoscópico de Superfície (SSI) é os olhos da Phoenix. Ele fornece imagens estereoscópicas panorâmicas em alta resolução do pólo marciano. Usando um sistema óptico avançado, o SSI vai inspecionar o contexto geológico da área de pouso da Phoenix, fornecer uma série de mapas para dar suporte às operações de escavação e medir as nuvens e a poeira atmosféricas.
JPL/Nasa
O SSI fornece imagens tridimensionais tomadas adois ­metros do solo, simulando a altura do olho humano.Situado no topo do mastro, o SSI vai fornecer imagens a uma altura de dois metros acima do solo, quase o tamanho de uma pessoa alta. O instrumento simula o olho humano com seus dois sistemas de lentes ópticas que darão vistas tridimensionais dos terrenos árticos. O SSI também simula a resolução da visão humana, usando um dispositivo de sensor CCD que produz imagens de alta densidade de 1024 x 1024 pixels. Mas o SSI excede a capacidade do olho humano ao usar filtros ópticos e infravermelhos, permitindo capturar imagens multiespectrais de interesses geológico e atmosféricos em 12 faixas de freqüência.

Olhando para baixo, os dados estereoscópicos do SSI vão auxiliar as operações do braço robótico ao produzir modelos digitais de elevação do terreno ao redor. Com esses dados, cientistas e engenheiros terão vistas virtuais tridimensionais da área de escavação. Junto com os dados do Analisador de Microscopia, Eletroquímica e Condutividade (Meca) e do Analisador Térmico de Desprendimento de Gases (Tega), os cientistas podem usar essas vistas tridimensionais para melhor compreender a geomorfologia e mineralogia do local. Engenheiros também usarão essa vistas para comandar as operações de escavação do braço robótico. O SSI também será usado para fornecer imagens multiespectrais das amostras trazidas para o deck da sonda para auxiliar nos resultados dos outros instrumentos científicos.

Olhando para cima, o SSI será usado para estimar as propriedades ópticas da atmosfera marciana em torno da área de pouso. Usando um sistema de imagens por banda estreita, o gravador de imagens irá estimar a densidade da poeira atmosférica,da profundidade óptica dos aerossóis carregados pelo ar, e a abundância dos vapores de água na atmosfera. O SSI também avalia a própria sonda, analisando a quantidade de poeira trazida pelo vento e depositada no módulo. As taxas de depósito de poeira fornecem informações importantes para os cientistas entenderem os processos atmosféricos e de erosão, mas também são críticos para os engenheiros, que estão preocupados com a quantidade de poeira depositada nos painéis solares e a degradaçao de energia associada a isso.
O laboratório de análises da Phoenix

A Phoenix tem um laboratório de análises bastante complexo. Esse laboratório inclui dois instrumentos: o Analisador de Microscopia, Eletroquímica e condutividade (Meca) e o Analisador Térmico de Desprendimento de Gases (Tega).
Desenvolvido pelo Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa, o Meca caracteriza o solo de Marte exatamente como faz um jardineiro: testando o pH e a quantidade de minerais do seu jardim. Ao dissolver pequenas quantidades de solo na água, o Meca determina o nível de acidez (pH), a abundância de minerais como magnésio, a existência de cátions ou cloreto de sódio, ânions de sulfato e brometo, e dióxido de carbono e oxigênio dissolvidos. Olhando através do microscópio, o Meca examina os grãos do solo para ajudar a determinar sua origem e mineralogia. Agulhas espetadas no solo determinam o conteúdo da água e do gelo, e a capacidade do calor e do vapor de água penetrar no solo.
Nasa/JPL

O Meca testa os componentes que caracterizam o solo marciano
O laboratório de química úmida do Meca contém quatro provetas que recebem uma amostra de solo cada. O braço robótico da Phoenix inicia cada experimento colocando uma pequena quantidade de amostra em uma proveta, que está pronta e esperando com uma solução de imersão pré-aquecida e calibrada. Alternando imersão, agitação e medição, o experimento é feito durante um dia inteiro. Ele termina com a adição de dois tabletes químicos. O primeiro contém um ácido para trazer à tona carbo carbonatos e outros elementos que são solúveis apenas em soluções ácidas. O segundo contém reagentes específicos para testar sulfatos e oxidantes do solo.
Os microscópios óptico e de força atômica complementam os experimentos úmidos do Meca. Com imagens desses microscópios, os cientistas examinam a estrutura detalhada das amostras de solo e de água. A detecção de hidratos e minerais de solo argiloso por esses microscópios pode indicar água líquida no passado do solo marciano. O microscópio óptico tem resolução de 4 mícrons por pixel, possibilitando a detecção de partículas que variam de 10 micrômetros até o tamanho de 1mm x 2mm. LEDs ultravioletas vermelhos, verde e azul iluminam as amostras em combinações de cores divergentes para ressaltar, nessas escalas, a estrutura e textura do solo e da água congelada. O microscópio de força atômica fornece imagens das amostras abaixo de 10 nanômetros - a menor escala já examinada em Marte. Usando seus sensores, o microscópio cria um mapa topográfico em escala muito pequena, mostrando a estrutura detalhada do solo e dos grãos de gelo.
Antes da observação pelos microscópios, porém, as amostras são colocadas pelo braço robótico em uma roda contendo 69 substratos diferentes. Os substratos são projetados para distinguir entre diferentes mecanismos de adesão. A roda é girada permitindo diversas interações das amostras com os substratos. Só então essas amostras são examinadas pelos microscópios.
O último instrumento a compor o Meca é a sonda de condutividade térmica e elétrica. A sonda consiste de três pequenas estacas que são inseridas nas pontas da vala escavada. Além de medir a temperatura, a sonda mede as propriedades térmicas do solo que revelam como o calor é transferido, fornecendo aos cientistas uma melhor compreensão da interação da superfície com a atmosfera. Usando as mesmas estacas, a condutividade elétrica é medida para indicar qualquer umidade transiente que possa resultar da escavação.
Análise de gases
O Analisador Térmico de Desprendimento de Gás estuda substâncias que são convertidas em gases durante o aquecimento das amostras recolhidas pelo braço robótico. Desenvolvido pela Universidade do Arizona, em conjunto com a Universidade Estadual do Arizona, o Johnson Space Center e o Ames Research Center, ele fornece aos cientistas da Missão Phoenix dois tipos de informação: a quantidade de energia utilizada durante o aquecimento das amostras e o tipo de gás desprendido durante esse aquecimento.
Nasa/JPL
O Analisador Térmico de Desprendimento de Gás estuda substâncias voláteis produzidas durante o aquecimento das amostras coletadas
Uma de suas ferramentas - o instrumento de análise calorimétrica diferencial - monitora quanta energia é necessária para aumentar a temperatura de uma amostra a uma taxa constante. Isso revela que temperaturas são pontos de transição do estado sólido para o líquido e do líquido para o gasoso para os ingredientes da amostra. Os gases que são liberados no aquecimento vão para o espectômetro de massa, uma ferramenta que pode identificar substâncias químicas.
O Tega tem um conjunto de oito fornos de amostras, oito fornos de referência e um espectrômetro de laser de diodo ajustável.

O braço robótico recolhe e tira foto de cada amostra, depois deposita essa amostra em um forno aquecido a 950º C. O espectômetro determina a quantidade de dióxido de carbono e vapor de água liberada das amostras durante o aquecimento. A partir disso, o Tega determina as concentrações de gelos, substâncias voláteis e os minerais voláteis contidos na superfície e na subsuperfície dos mateirais. Os fornos não são reutilizáveis. O Tega foi projetado para analisar oito amostras de solo. Durante cada rodada, um forno de referência vazio é aquecido à mesma temperatura de um forno com a amostra. A diferença na energia exigida para aquecer os fornos pode ser usada para inferir a presença de água em forma de gelo e minerais contendo água ou dióxido de carbono.

Missões em Marte
Desde que foi descoberto, o planeta Marte habita a imaginação de cientistas, cineastas, escritores e amantes do espaço. Se há possibilidade de o ser humano viver em outro planeta, esse planeta seria Marte. E foi partindo dessa premissa que várias missões espaciais foram enviadas ao planeta: satélites, sondas, balões, robôs de superfície, balões, exploradores de subsuperfície. Foram 40, desde que a corrida espacial começou em 1960. A maioria lançada pela antiga União Soviética e pelos EUA. Apenas 13 foram bem-sucedidas.
A primeira missão bem-sucedida foi a Mariner 4, dos EUA, que sobrevoou o planeta em 1964 e enviou 21 imagens. Cinco anos depois, Mariners 6 e 7 enviaram para a Terra 201 imagens do planeta vermelho. Mas foi a Mars 3 Orbiter/Lander, lançada em 1971 pelos soviéticos, a primeira a pousar em solo marciano. Sucesso no pouso, fracasso no envio de dados. A Mars 3 Orbiter obteve dados durante oito meses, mas só conseguiu transmitir para a Terra, 20 segundos - nada, em termos de utilidade para pesquisa. No mesmo ano, os americanos lançaram a Mariner 9, que sobrevoou Marte e enviou mais de 7.000 imagens.
Em 1975, os americanos lançaram duas missões bem-sucedidas: as Viking 1 e 2, que orbitaram e pousaram em Marte, enviando para a Terra dados essenciais para a compreensão do planeta. Só a Viking 2 retornou 16 mil imagens e extensos dados atmosféricos, além de ter realizado os primeiros experimentos de solo. Onze anos depois, a Nasa lançou a Mars Global Surveyor, que retornou mais fotos de Marte do que qualquer outra missão. No mesmo ano, foi lançada a Mars Pathfinder, experimento tecnológico que durou cinco vezes mais tempo do que o previsto e que serviu para direcionar as missões seguintes.
Em 2001, a Nasa lançou a Mars Odyssey, espaçonave que orbitaria Marte e que enviaria as primeiras imagens em alta resolução do planeta. A Mars Odyssey está ativa até hoje e é essencial na comunicação da Missão Phoenix. Sem a Odyssey, os cientistas da missão não conseguiriam enviar ou receber os dados obtidos pela

Phoenix em solo marciano.
Em 2003, a agência espacial enviou dois robôs-exploradores para Marte: Spirit e Opportunity, que pousaram em segurança e circularam pelo solo marciano enviando dados impressionantes para a Terra. Os robôs operaram por 15 vezes mais tempo do que o previsto. Mas foi a Mars Reconnaissance Orbiter, lançada em 2005, que retornou a maior quantidade de dados sobre Marte: 26 terabytes de dados - mais do que todas as missões juntas.
A última missão lançada pela Nasa é a Mars Phoenix Lander, cujo objetivo é analisar o solo e a camada de água congelada no Pólo Norte de Marte para ver se a vida existe ou existiu por lá. As pesquisas da Phoenix estão programadas para durar três meses.
Para saber mais sobre o planeta vermelho e as missões de exploração enviadas, consulte os links da próxima página.

Introdução
"Engenharia, prepare-se para velocidade de dobra." Com esse comando, a tripulação da U.S.S. Enterprise de "Jornada nas Estrelas" preparava-se para lançar a espaçonave pelo cosmos a velocidades superluminais. A velocidade de dobra é uma daquelas tecnologias de ficção científica, como o teletransporte e a viagem no tempo, que possuem alguma base científica. Apenas não foi concretizada ainda, entertanto, cientistas estão trabalhando no desenvolvimento de um motor de espaçonave interestelar similar ao motor de matéria-antimatéria da Enterprise.
Espaçonaves movidas a antimatéria como esta poderiam algum dia encurtar uma viagem para Marte de 11 meses para um mês
É improvável que algum motor gere velocidades superluminais. As leis da física nos impedem de fazê-lo, mas seremos capazes de atingir velocidades muito mais rápidas do que os nossos métodos de propulsão atuais permitem. Um motor de matéria-antimatéria nos levará muito além do nosso sistema solar e nos permitirá chegar a estrelas próximas em uma fração do tempo que levaria uma espaçonave impulsionada por um motor de hidrogênio líquido, como os utilizados no ônibus espacial. É como a diferença entre dirigir um carro de corrida Fórmula Indy e um Ford Pinto 1971. No Ford Pinto, você vai acabar atingindo a linha de chegada, mas levará 10 vezes mais tempo do que no carro Fórmula Indy.
Neste artigo iremos avançar algumas décadas no futuro das viagens espaciais para ver uma espaçonave movida a antimatéria e descobrir o que realmente é a antimatéria e como ela será utilizada em um sistema avançado de propulsão.

O que é antimatéria?
Essa não é uma pergunta capciosa. Antimatéria é exatamente o que você pode estar pensando que é - o oposto da matéria normal, da qual é feita a maior parte do nosso universo. Até pouco tempo, a presença da antimatéria no nosso universo era considerada apenas uma teoria. Em 1928, o físico britânico Paul A.M. Dirac revisou a famosa equação de Einstein, E=mc2 e concluiu que Einstein não considerou que o "m" na equação - massa - poderia ter propriedades tanto negativas como positivas. A equação de Dirac (E = + ou - mc2) permitiu considerar a existência de antipartículas no nosso universo. Cientistas, desde então, provaram que existem várias antipartículas.
Essas antipartículas são, literalmente, imagens-espelho da matéria normal. Cada antipartícula possui a mesma massa que a sua partícula correspondente, mas as cargas elétricas são inversas. Aqui vão algumas descobertas sobre antimatéria no século XX:
pósitrons - elétrons com uma carga positiva ao invés de negativa. Descobertos por Carl Anderson em 1932, os pósitrons foram a primeira evidência de que a antimatéria existe;
antiprótons - prótons que possuem uma carga negativa ao invés da carga positiva normal; em 1955, pesquisadores de Berkeley Bevatron produziram um antipróton;
antiátomos - emparelhando pósitrons e antiprótons, cientistas do CERN (em inglês), a Organização Européia para a Pesquisa Nuclear, criaram o primeiro antiátomo; nove átomos de anti-hidrogênio foram criados, cada um durando apenas 40 nanosegundos; já em 1998, pesquisadores do CERN estavam impulsionando a produção de átomos de anti-hidrogênio para 2.000/h.

Quando a antimatéria entra em contato com a matéria normal, essas partículas iguais, mas opostas, colidem para produzir uma explosão emitindo radiação pura, que é emanada a partir do ponto da explosão à velocidade da luz. Ambas as partículas que criaram a explosão são totalmente aniquiladas, deixando para trás outras partículas subatômicas. A explosão que ocorre quando antimatéria e matéria interagem, transforma toda a massa de ambos os objetos em energia. Os cientistas acreditam que esta energia é mais poderosa do que qualquer outra que possa ser gerada por outros métodos de propulsão.
Então, por que ainda não construímos um motor de reação matéria-antimatéria? O problema em desenvolver a propulsão de antimatéria é que há uma falta de antimatéria existente no universo. Se houvesse quantidades iguais de matéria e antimatéria, provavelmente, veríamos essas reações ao nosso redor. Como não existe antimatéria ao nosso redor, nós não vemos a luz que resultaria da sua colisão com a matéria.

É possível que partículas fossem mais numerosas que antipartículas no momento do Big Bang. Como dito acima, a colisão entre partículas e antipartículas destrói ambas. Como pode ter havido mais partículas no início do universo, elas são tudo o que restou. Pode não haver antipartículas naturalmente existentes em nosso universo hoje. Entretanto, cientistas descobriram um possível depósito de antimatéria próximo ao centro da galáxia, em 1977. Se isso realmente existir, significaria que a antimatéria existe naturalmente, eliminando a necessidade de fabricação de nossa própria antimatéria.

Por enquanto, nós teremos que criar a nossa própria antimatéria. Por sorte, existe uma tecnologia disponível para criar antimatéria através da utilização de aceleradores de partículas de alta energia, também chamados de "destroça-átomos". Destroça-átomos, como o CERN, são grandes túneis revestidos com supermagnetos poderosos que os circundam para acelerar os átomos a velocidades próximas à da luz. Quando um átomo é enviado através deste acelerador, ele colide com um alvo, criando partículas. Algumas dessas partículas são antipartículas que são separadas pelo campo magnético. Esses aceleradores de partículas de alta energia produzem apenas um ou dois picogramas de antiprótons por ano. Um picograma é um trilionésimo de um grama. Todos os antiprótons produzidos no CERN em um ano seriam suficientes para acender uma lâmpada elétrica de 100 Watts por 3s. Seriam necessárias toneladas de antiprótons para viajar a destinos interestelares.

Motor de matéria-antimatéria.
Espaçonaves movidas a antimatéria como esta no conceito artístico poderiam nos levar para além do sistema solar a velocidades incríveis
NASA (em inglês) possivelmente está apenas a algumas décadas de desenvolver uma espaçonave movida a antimatéria que cortaria os custos de combustível para uma fração do que custam agora. Em outubro de 2000, cientistas da NASA anunciaram projetos incipientes de um motor movido a antimatéria que poderia gerar um impulso enorme com quantidades pequenas de combustível de antimatéria. A quantidade de antimatéria necessária para abastecer o motor para uma viagem de um ano para Marte poderia ser tão pequeno quanto um milionésimo de grama, de acordo com um relatório da edição daquele mês do Journal of Propulsion and Power (Jornal de Propulsão e Energia). A propulsão de matéria-antimatéria será a propulsão mais eficiente jamais desenvolvida, porque 100% da massa de matéria e antimatéria é convertida em energia. Quando matéria e antimatéria colidem, a energia liberada pela sua aniquilação é cerca de 10 bilhões de vezes maior que a energia química liberada pela combustão de hidrogênio e carbono, o tipo utilizado pelo ônibus espacial. Reações de matéria-antimatéria são 1.000 vezes mais poderosas do que a fissão nuclear produzida em usinas de energia nuclear e 300 vezes mais poderosas que a energia da fusão nuclear. Portanto, motores de matéria-antimatéria têm o potencial de nos levar mais longe com menos combustível. O problema é criar e armazenar a antimatéria. Existem três componentes principais em um motor de matéria-antimatéria:
anéis de armazenagem magnética - a antimatéria precisa ser separada da matéria normal para que os anéis de armazenamento com campos magnéticos possam mover a antimatéria ao redor do anel até que seja necessária para criar energia;
sistema de alimentação - quando a espaçonave necessita de mais energia, a antimatéria será liberada para colidir com um alvo de matéria, o que libera energia;
foguete estato-reator magnético - como um acelerador de partículas na Terra, um estato-reator longo moverá a energia criada pela matéria-antimatéria através de um foguete.
Foto cedida pelo Laboratório para Ciências de Partículas Energéticas da Universidade Estadual da Pensilvânia

Os anéis de armazenamento da espaçonave conterão a antimatéria
Aproximadamente 10 gr de antiprótons seriam combustível suficiente para enviar uma espaçonave tripulada até Marte em um mês. Atualmente, leva quase um ano para uma espaçonave não tripulada chegar a Marte. Em 1996, a Mars Global Surveyor demorou 11 meses para chegar a Marte. Os cientistas acreditam que a velocidade de uma espaçonave movida a matéria-antimatéria permitiria ao homem ir aonde nenhum outro jamais esteve no espaço. Seria possível fazer viagens a Júpiter e até mesmo para além da heliopausa, o ponto no qual a radiação do sol termina. Mas ainda vai levar muito tempo até que os astronautas peçam para que o imediato da espaçonave os impulsionem à velocidade de dobra.

Introdução
O homem já foi à Lua várias vezes, e voar até a órbita da Terra já parece algo rotineiro. O espaço já é um local onde alguns astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional permanecem por longos períodos de tempo. No entanto, quando pensamos no tamanho do nosso sistema solar, para não mencionar do universo, parece que ainda estamos engatinhando pelo espaço. Para podermos ir a Marte e outros planetas fora do alcance dos nossos motores de foguete convencionais, a NASA (em inglês) está desenvolvendo vários sistemas de propulsão avançada, incluindo um que usa a energia do Sol.

Desenho artístico de um veículo espacial, movido à fusão, aproximando-se da lua de Saturno, Titã Espaçonaves movidas a fusão serão projetadas para recriar os mesmos tipos de reações de alta temperatura que ocorrem no núcleo do Sol. A enorme quantidade de energia, criada por essas reações, será expelida do motor para dar propulsão à nave, o que permitiria que ela chegasse em Marte em apenas três meses, menos da metade do tempo necessário com os motores de foguete convencionais.
Neste artigo, você vai aprender o que é a fusão e quais avanços a NASA fez rumo à construção de uma espaçonave alimentada por fusão.

O que é a fusão?
Nosso planeta se beneficiários dos milhões de reações de fusão nuclear que ocorrem a cada segundo no interior do núcleo do Sol. Sem essas reações, não teríamos luz ou calor, e, provavelmente, nem vida. Uma reação de fusão ocorre quando dois átomos de hidrogênio colidem para criar um átomo maior de hélio-4, liberando energia. O processo funciona assim:
dois prótons se combinam para formar um átomo de deutério (em inglês), um pósitron (em inglês) e um neutrino;
um próton e um átomo de deutério se combinam para formar um átomo de hélio-3 (em inglês - dois prótons com um nêutron) e um raio gama (em inglês);
dois átomos de hélio-3 se combinam para formar um átomo de hélio-4 (em inglês - dois prótons e dois nêutrons) e dois prótons.

A fusão só pode ocorrer em ambientes superaquecidos, na casa dos milhões de graus. As estrelas, que são feitas de plasma, são os únicos objetos naturais quentes o bastante para criar reações de fusão. O plasma, que costuma ser chamado de quarto estado da matéria, é gás ionizado composto de átomos sem alguns de seus elétrons. Essas reações de fusão são responsáveis por 85% da energia do sol. O alto nível de calor necessário para criar este tipo de plasma, faz com que seja impossível conter os componentes em qualquer material conhecido. No entanto, o plasma é um bom condutor de eletricidade, o que faz com que seja possível segurá-lo, orientá-lo e acelerá-lo usando campos magnéticos. E essa é a idéia básica usada na criação de uma espaçonave movida a fusão nuclear, que a NASA acredita ser possível de construir em 25 anos. Na próxima seção, veremos alguns projetos específicos de motores de fusão sendo desenvolvidos.

Voando com o poder da fusão
As reações de fusão liberam uma quantidade enorme de energia, o que explica porque os pesquisadores procuram maneiras de colocar essa energia em um sistema de propulsão. Uma espaçonave alimentada por reações de fusão, poderia adiantar o cronograma da NASA para uma missão tripulada até Marte. Este tipo de espaçonave poderia diminuir o tempo da viagem em mais de 50%, reduzindo assim a perigosa exposição dos tripulantes à radiaçã nuclear e à falta de gravidade. A construção de uma espaçonave movida a reações de fusão seria o equivalente ao desenvolvimento de um carro que rodasse duas vezes mais rápido do que qualquer outro e com uma eficiência de combustível de 2.976 km/l. No campo de estudo e desenvolvimento de foguetes, a eficiência de combustível de um foguete é medida por seu impulso específico, uma medida das unidades de propulsão divididas pelas unidades de propelente consumido durante um período de tempo.
Um veículo movido à fusão poderia ter um impulso específico cerca de 300 vezes maior do que o dos motores de foguetes químicos convencionais. Um motor de foguete químico tem um impulso específico de cerca de 450 segundos, o que significa que o motor consegue produzir 1 Kg de propulsão a partir de 1 Kg de combustível a cada 450 segundos. Já um foguete movido à fusão poderia ter um impulso específico estimado em 130 mil segundos e poderia usar hidrogênio como propelente, podendo se reabastecer durante sua viagem pelo espaço. Como o hidrogênio está presente na atmosfera de muitos planetas, bastaria que a espaçonave mergulhasse na atmosfera desses planetas e sugasse uma parte do hidrogênio para se reabastecer.
Além disso, os foguetes movidos à fusão também poderiam fornecer impulso mais longo do que os foguetes químicos, que queimam seu combustível muito rapidamente. Acredita-se que a propulsão por fusão permitirá viagens rápidas a qualquer ponto do nosso sistema solar, chegando ao ponto de permitir que sejam feitas viagens de ida e volta à Júpiter em apenas dois anos. Agora, veremos os projetos da NASA de propulsão por fusão.

Foguete de magnetoplasma de impulso específico variável
O VASIMR se trata de um foguete de plasma, precursor da propulsão por fusão. Mas como um foguete movido à fusão irá usar plasma, os pesquisadores terão a chance de aprender muito com este tipo de foguete. Para falar a verdade, o motor do VASIMR é bem interessante, já que cria plasma sob condições extremamente quentes e, depois, o expele para obter impulso. Há três células básicas no motor do VASIMR.
Célula frontal - o gás propelente, normalmente o hidrogênio, é injetado nesta célula e ionizado para criar plasma;
Célula central - esta célula age como amplificadora para esquentar o plasma ainda mais com energia eletromagnética. Também, são usadas ondas de rádio para adicionar energia ao plasma, de maneira semelhante ao modo como funciona um forno de microondas;
Célula posterior - um bocal magnético converte a energia do plasma na velocidade da descarga do motor a jato.

O campo magnético usado para expelir o plasma também protege a aeronave ao impedir que o plasma toque o casco da nave. O plasma provavelmente destruiria qualquer material com que entrasse em contato, pois sua temperatura ao sair do bocal seria de até 100 milhões de graus Celsius (25 mil vezes mais quente do que os gases expelidos pelo ônibus espacial).

Em uma missão para Marte, o motor da VASIMR aceleraria de forma contínua para a primeira metade da viagem e reverteria sua direção, diminuindo a velocidade para a segunda metade. Um motor desses também poderia ser usado para posicionar satélites na órbita da Terra.
Propulsão por fusão de espelho dinâmico de gás

Sendo desenvolvido simultaneamente com a VASIMR, o sistema de propulsão por fusão de Espelho Dinâmico de Gás (GDM) tem uma bobina de fios mais longa, fina e condutora de corrente elétrica, que age como um imã e fica ao redor de uma câmara a vácuo, que contém plasma. O plasma é aprisionado dentro dos campos magnéticos criados na seção central do sistema. Em cada extremidade do motor, existem ímãs-espelho que impedem que o plasma escape por essas extremidades rápido demais, mas é claro que o que se quer é que o plasma saia para obter a propulsão desejada.

Normalmente, o plasma é instável e não pode ser confinado facilmente, o que dificultou bastante as primeiras experiências com máquinas de fusão com espelhos. O espelho dinâmico de gás é capaz de evitar problemas de instabilidade por ser construído em um formato longo e fino, o que deixa as linhas do campo magnético correrem diretamente pelo sistema. Outra forma de controlar a instabilidade é permitir que uma certa quantidade de plasma vaze pela parte estreita do espelho.

Em 1998, uma experiência com GDM na NASA conseguiu produzir plasma durante um teste do sistema injetor de plasma, que funciona de maneira semelhante à célula frontal da VASIMR. Ele injeta gás no GDM e o aquece com Aquecimento de Ressonância de Ciclotron Eletrônico (ECRH) induzido por uma antena de microondas, operando a 2,45 gigahertz. Atualmente, o experimento existe para confirmar a praticidade do conceito do GDM. Mas os pesquisadores também estão trabalhando em várias das características operacionais de um motor em tamanho real.

Embora muitos dos conceitos de propulsão avançada da NASA (em inglês) estejam a décadas de serem atingidos, o alicerce para a propulsão por fusão já está sendo construído. Quando outras tecnologias estiverem disponíveis, a fim de tornar a missão para Marte possível, quem sabe não será uma espaçonave alimentada por fusão que vai nos levar até lá. Até a metade do século 21, as viagens para Marte poderão ter se tornado tão rotineiras quanto as viagens para a Estação Espacial Internacional.

O futuro da exploração espacial:Motores de luz.

O futuro da exploração espacial
A NASA quer que o Orion seja versátil para futuras explorações espaciais. Imagina-se que ele será capaz de transportar as tripulações da Estação Espacial Internacional em 2014 e para a Lua em 2020. Marte será o próximo objetivo.
O principal objetivo do CEV é voltar à Lua. Durante o estágio de projeto da Apollo havia duas propostas para colocar o homem na lua:
um Encontro na órbita da Terra (EOR) - partes de um grande foguete lunar seriam colocadas na órbita terrestre e desembarcadas na lua;
um Encontro na órbita Lunar (LOR) - duas espaçonaves menores (módulo de comando/serviço e módulo lunar) se encontrariam na órbita lunar.
Os cientistas concordam eventualmente que um encontro na órbita Lunar pouparia peso e atingiria um dos objetivos do presidente John F. Kennedy, de colocar um homem na lua em 10 anos. O plano de vôo do CEV para retorno à Lua incorpora elementos da órbita terrestre, quanto em órbita Lunar.
As missões lunares do CEV estabelecerão uma base lunar para explorar a lua e procurar água em seu polo sul, necessária para sobrevivência e fonte potencial de material para produção de combustível para foguetes. Elas também permitirão que os astronautas testem equipamentos e técnicas para futuras missões a Marte. Como a Lua está a apenas três dias de distância, é mais seguro e mais barato lançar missões para Marte a partir do solo lunar. Uma missão de resgate também seria mais fácil em uma missão lunar do que em uma a Marte. O CEV servirá de modelo para outros projetos de espaçonaves tripuladas, designadas para ir ao espaço mais distante.
Imagem cedida pela NASA /John Frassanito and Associates
Astronautas deixam a lua no estágio de ascensão
Com o CEV, a NASA espera fazer astronautas retornarem à lua e realizar o sonho de mandar pessoas para explorar Marte e o restante do Sistema Solar (em inglês).
Para maiores informações sobre vôo espacial, Veículo de Exploração Tripulado Orion e tópicos relacionados, acesse os links da próxima página.

 
Introdução
Pelo menos em termos nucleares, o mundo agora é muito mais complexo do que era durante a Guerra Fria, quando os Estados Unidos e a União Soviética, agora Rússia, eram os dois únicos países que possuíam armas nucleares. Atualmente, muitas outras nações podem ter a capacidade de lançar mísseis nucleares de longo alcance.
Para combater um possível ataque nuclear, os Estados Unidos têm desenvolvido um sistema de defesa contra mísseis baseados no espaço, nas últimas duas décadas. Este sistema de defesa começou na administração do antigo presidente dos Estados Unidos, Ronald Reagan. Sua Iniciativa de Defesa Estratégica (SDI) exigiu o desenvolvimento de armas a laser para orbitar a terra e derrubar os mísseis balísticos. Neste momento, fala-se sobre os Estados Unidos estarem desenvolvendo uma quinta divisão militar, talvez chamada de Força Espacial, que assumiria a parte que a Força Aérea está deixando.
Neste artigo, vamos ver como algumas guerras já estão sendo feitas via satélite e as tecnologias que estão sendo desenvolvidas para realizar as guerras no espaço!

A base alta moderna
Antes da Primeira Guerra Mundial era quase uma necessidade os exércitos defenderem sua base, dominando seus oponentes em cima de uma colina, para conseguir ganhar as batalhas. Conseguir uma localização mais alta deu aos exércitos no topo da colina a vantagem de abater o exército oponente, que tinha que subir uma colina e, ao mesmo tempo, se defender das balas. Historicamente, os exércitos com a vantagem de estarem no ponto mais alto sempre venceram mais vezes. A nova base alta é o espaço. Os Estados Unidos, atualmente, usam o espaço de modo passivo durante um combate; portanto, vamos olhar para o espaço primeiramente por esse ângulo.
Em 1991, os Estados Unidos e seus aliados usaram uma tecnologia de satélite sofisticada para localizar alvos iraquianos durante a Guerra do Golfo Pérsico. Satélites inteligentes forneceram às forças americanas uma visão sem precedentes do campo de batalha, mostrando todos os movimentos que os iraquianos faziam durante a guerra. Com a vasta extensão da paisagem deserta para fornecer visibilidade, as imagens do satélite tornaram-se a principal fonte de informações sobre o exército iraquiano.
Os satélites também foram uma ferramenta valiosa para o desdobramento das tropas durante a Guerra do Golfo Pérsico. Uma constelação de satélites orbitando a Terra, conhecida como Sistema de Posicionamento Global (GPS), foi usada pelos soldados no solo para determinar sua localização. Esses 24 satélites forneceram a longitude, latitude e altitude dos soldados americanos portando receptores GPS no campo de batalha. O deserto aberto era o local ideal para usar os satélites GPS, porque existiam muito poucos objetos naturais ao redor para interferir com os sinais dos satélites. Em combinação com as imagens dos satélites espiões que estavam rastreando as tropas inimigas, o GPS deu aos Estados Unidos e seus aliados a vantagem de saber exatamente onde posicionar suas tropas para tirar o máximo proveito da situação.
A próxima fronteira no espaço é muito mais ativa: sistemas de armas com satélites projetados para derrubar mísseis nucleares.
Em maio de 1983, Reagan propôs sua Iniciativa de Defesa Estratégica (SDI), agora denominada Defesa contra mísseis balísticos, que exigia satélites equipados com laser para derrubar mísseis balísticos intercontinentais (ICBM). Os ICBMs têm um alcance de mais de 10.000 km. A essa distância, um ICBM disparado da Coréia do Norte poderia atingir facilmente Honolulu ou Los Angeles. O SDI de Reagan, também conhecido como "Guerra nas Estrelas," foi projetado para fornecer um guarda-chuva de proteção contra ataques de mísseis. Os satélites do SDI iriam rastrear um míssil a partir do lançamento e o derrubariam com lasers antes mesmo de o míssil deixar o espaço aéreo do país do qual foi lançado. O trabalho sobre o laser baseado no espaço da Defesa contra Míssil Balístico está em andamento, apesar de algumas críticas internacionais. O projeto continuou a receber US$ 4 bilhões por ano e, recentemente, recebeu um orçamento extra de US$ 6,6 bilhões no ano de 2005.

Armas espaciais em desenvolvimento
O Comando Espacial dos Estados Unidos não esconde o fato de que quer estabelecer a supremacia americana no espaço. Em seu relatório Visão para 2020, o Comando Espacial enfatiza que as forças militares sempre incentivaram a proteção dos interesses nacionais, tanto militares como econômicas. O relatório sugere que as armas espaciais devem ser desenvolvidas para proteger os satélites americanos e outros veículos espaciais, enquanto os outros países desenvolvem a capacidade de lançar naves espaciais. Em 1997, o secretário assistente da Força Aérea do Espaço, Keith R. Hall, disse: "com relação ao domínio do espaço, nós o temos, gostamos dele e pretendemos conservá-lo".
O Pentágono falou que à medida que as empresas espaciais começarem a ganhar vantagens comerciais, haverá aqueles que tentarão tirar algum lucro atacando aquelas empresas espaciais. Veja abaixo algumas armas espaciais atualmente em desenvolvimento:
lasers químicos;
feixes de partículas;
aviões espaciais militares.
Existem, pelo menos, 3 sistemas a laser sendo desenvolvidos para armas baseadas no espaço e na terra. Os 3 são um tipo de laser químico que envolve a mistura de químicas dentro da arma para criar o feixe de laser. Embora o sistema a laser baseado no espaço ainda tenha que esperar, aproximadamente, 20 anos para ser lançado, existem 3 lasers sendo considerados, incluindo o fluoreto de hidrogênio (HF), o fluoreto de deutério (DF) e o iodo oxigênio químico (COIL).
Foto cedida pela TRW
Desenho artístico de como um satélite equipado com laser espacial desenhado pela TRW dispara um laser em um míssil balístico de longo alcance

Em um relatório de 1998, com o título Armas a laser no espaço: uma avaliação crítica, o tenente coronel William H. Possel, da Força Aérea dos Estados Unidos, comparou o funcionamento do sistema a laser de fluoreto de hidrogênio com o modo como um motor de foguete funciona. O flúor atômico reage com o hidrogênio molecular para produzir moléculas excitadas de fluoreto de hidrogênio. Essa reação cria um comprimento de onda entre 2,7 e 2,9 microns. Nesse comprimento de onda, o feixe de laser de fluoreto de hidrogênio seria absorvido pela atmosfera da Terra, o que significa que ele deverá ser usado no "combate espaço a espaço" como parte do programa de laser baseado no espaço.

A Organização de Defesa contra Míssil Balístico já demonstrou um laser de fluoreto de hidrogênio com potência em megawatts em um ambiente espacial simulado.
Um outro laser, similar ao sistema de fluoreto de hidrogênio, é o sistema laser de fluoreto de deutério. Em vez de usar o hidrogênio molecular, o deutério é usado para reagir com o fluoreto atômico. Como os átomos de deutério têm mais massa do que os átomos de hidrogênio, esse laser tem um comprimento de onda de, aproximadamente, 3,5 microns e pode transmitir melhor através da atmosfera. Em 1980, a TRW (em inglês) demonstrou um laser de fluoreto de deutério chamado Laser Químico Avançado Infravermelho Médio (MIRACL), que pode produzir mais de um megawatt de potência. Esse tipo de sistema a laser foi usado em testes para abater um foguete na Base de Mísseis de White Sands, em 1996.

O terceiro tipo de laser químico que poderá ser usado na defesa contra mísseis balísticos é o laser de iodo de oxigênio químico (COIL), que foi apresentado em 1978. Nesse sistema a laser, uma reação gerada entre o cloro e o peróxido de hidrogênio excita átomos de oxigênio que transferem sua energia aos átomos de iodo. Essa transferência de energia faz com que os átomos de iodo fiquem excitados, criando um laser com um comprimento de onda de, aproximadamente, 1,3 microns, menor do que os 2 lasers mencionados anteriormente. Esse comprimento de onda menor significa que uma ótica menor pode ser usada para desenvolver um sistema de laser baseado no espaço. Em 1996, a TRW testou um laser COIL que produziu um feixe com centenas de kilowatts de potência e durou vários segundos. Até agora, esse é o mais promissor dos lasers baseados no espaço em desenvolvimento.

Um dos problemas com lasers baseados no espaço é que eles teriam que ser fixados a um satélite em movimento quando fossem tentar atingir um outro objeto em movimento a milhares de quilômetros por hora. Imagine, a bordo de um jato supersônico, tentar atirar em um pássaro. O laser e o objeto a ser atingido estariam viajando em velocidades diferentes, tornando o tiro quase impossível. Essa é a razão por que o Departamento de Defesa dos Estados Unidos também está considerando uma arma de feixe de partículas, que seria capaz de disparar feixes de partículas subatômicas, muito perto da velocidade da luz, em um alvo militar. Se um feixe pudesse ser disparado a essas velocidades, ele deveria, de qualquer modo, congelar o objeto alvo.
A arma de feixe de partículas seria capaz de gerar uma potência muitas vezes mais destrutiva do que qualquer laser em desenvolvimento. Essa arma seria composta, essencialmente, de duas partes: uma fonte de potência e um túnel de aceleração. Se uma arma de feixe de partículas funcional pudesse ser construída, usaria sua fonte de potência para acelerar elétrons, prótons ou átomos de hidrogênio através do túnel, o qual concentraria essas partículas carregadas em um feixe que seria disparado no alvo.

Os "dardos" de energia disparados da arma de feixe de partículas entrariam nos materiais do alvo, passando a energia para os átomos que compõem o alvo. Esse impacto seria como uma bola branca de sinuca atingindo um grupo de bolas na mesa de bilhar. O aumento rápido da temperatura do objeto alvo faria o objeto explodir em questão de segundos após o impacto.
O maior obstáculo no desenvolvimento da arma de feixe de partículas funcional tem sido a criação de uma fonte de potência que seja leve o suficiente para ser colocada no espaço e que possa produzir milhões de eletro-volts de potência e dezenas de megawatts de potência do feixe. Uma estação de potência convencional seria capaz de atender essas exigências de potência, mas seria grande demais para colocar em órbita. Até agora, os cientistas não foram capazes de desenvolver uma fonte adequada e de baixo peso que possa atender essas exigências.
Foto cedida pela NASA

O avião espacial X-33 pode ser usado para combate militar no espaço
Uma terceira arma espacial em desenvolvimento é o avião espacial militar. Um acordo mútuo entre a NASA e a Força Aérea está tentando desenvolver um avião espacial denominado X-33. Embora o presidente Clinton tenha vetado a parte da Força Aérea do avião espacial militar em 1998, a NASA continuou o desenvolvimento por razões não militares. Se a Força Aérea tivesse que retomar o desenvolvimento do avião espacial em uma data posterior, poderia usar o veículo para controlar o espaço tanto ofensiva como defensivamente.
Atualmente, existem vários acordos internacionais proibindo a colocação de tais armas no espaço. Um desses acordos é o "Tratado do Espaço Exterior", de 1967, que engloba o espaço exterior, a Lua e outros corpos celestes. O único furo desse tratado é que ele não fala nada a respeito da área imediatamente acima da

Terra, onde a maioria dos satélites fica em órbita. No entanto, o tratado proíbe a colocação de armas nucleares ou outras armas de destruição em massa, na órbita da Terra. Mas, a questão é: as armas a laser ou de feixe de partículas são de destruição em massa? O tratado ainda proíbe a construção de bases e fortificações militares em qualquer corpo celeste, inclusive a Lua.

Em novembro de 1999, 138 membros das Nações Unidas votaram para ratificar o Tratado do Espaço Exterior. Somente os Estados Unidos e Israel abstiveram-se do voto. Com base nesse voto, que sustentou o veto às armas no espaço, parece que as armas espaciais permanecerão suspensas, por enquanto. Sendo assim, pensamentos a respeito de armas do tipo Estrela da Morte e aviões de combate X-Wing, combatendo a milhares de quilômetros no espaço, terão que esperar um bom tempo.

Introdução
Quando o ônibus espacial Columbia decolou do Kennedy Space Center, na Flórida, em 12 de abril de 1981, para começar a primeira missão dos ônibus espaciais, o sonho de ter uma espaçonave reutilizável tornou-se realidade. Desde então, a NASA já lançou mais de 100 outras missões. No entanto, o problema foi que o preço dessas missões espaciais mudou um pouco. Quer seja o ônibus espacial ou a nave não-reutilizável russa, o custo de um lançamento é de cerca de US$ 22 mil por kg (cerca de R$ 50 mil/kg).
Mas um novo sistema de transporte espacial está em desenvolvimento e poderia transformar uma viagem para a órbita estacionária em torno da Terra em algo corriqueiro, mudando toda a economia mundial.
Foto cedida LiftPort Group
O elevador, visto no desenho artístico, será capaz de transportar até 13 toneladas de carga para o espaço, tudo isso usando a propulsão de raios laser
Um elevador espacial, feito de uma fita composta de nanotubos de carbono e ancorado em uma plataforma em alto-mar, se esticaria por aproximadamente 100 mil km de altura, até chegar a um contrapeso. Então, içadores mecânicos conectados à fita a escalariam para transportar carga e humanos para o espaço, a um preço baixo de US$ 220 a US$ 880 por kg.
Neste artigo, vamos dar uma olhada em como essa idéia está passando da ficção científica para a realidade.

 
Fita no céu
Para entender melhor o conceito por trás do elevador espacial, pense em um jogo de tetherball (aquele em que uma bola fica presa por uma corda em um mastro e os jogadores dão socos nela). Nessa analogia, a corda é a fita composta de nanotubos de carbono, o mastro é a Terra e a bola é o contrapeso. Agora imagine que a bola gira perpetuamente ao redor do mastro, mas tão rápido que a corda fica tensa. Essa é a idéia geral por trás do elevador espacial. O contrapeso gira ao redor da Terra para manter o cabo reto e permitir que os içadores robóticos subam e desçam pela fita.

Um contrapeso na extremidade do elevador espacial é o que vai fazer com que a fita de nanotubos de carbono fique esticada
De acordo com o design proposto pela LiftPort (site em inglês), o elevador espacial teria cerca de 100 mil km de altura. A LiftPort é uma das várias empresas desenvolvendo planos para um elevador espacial ou para componentes dele. As equipes ao redor do mundo estavam empenhadas em ganhar os US$ 400 mil do primeiro prêmio dos Jogos do Elevador Espacial, na X Prize Cup, que aconteceria em outubro de 2006 na cidade de Las Cruces, no Novo México.
A peça principal do elevador será a fita composta de nanotubos de carbono, que tem apenas alguns centímetros de largura e é quase tão fina quanto um pedaço de papel. Os nanotubos de carbono, descobertos em 1991, são o que fazem os cientistas acreditarem que o elevador espacial pode se tornar uma realidade. De acordo com o Dr. Bradley Edwards, da Spaceward Foundation (site em inglês), "antes, os desafios materiais eram grandes demais. Mas agora estamos chegando cada vez mais perto, graças aos avanços na criação de nanotubos de carbono e na construção de máquinas que podem gerar extensões grandes o bastante para criar uma fita que se estique até o espaço" [referência - em inglês].

De acordo com os primeiros planejamentos, restos de materiais da construção serão usados para formar o contrapeso
Os nanotubos de carbono têm o potencial para serem 100 vezes mais fortes do que o aço e são tão flexíveis quanto o plástico. A força dos nanotubos de carbono se deve à sua estrutura única, que lembra uma bola de futebol. Assim que os cientistas conseguirem criar fibras a partir dos nanotubos de carbono, será possível criar os fios que formarão a fita do elevador espacial. Materiais disponíveis antigamente eram muito fracos ou não tinham flexibilidade o bastante para formar a fita, e seriam quebrados facilmente.
"Eles têm módulo de elasticidade muito alto e sua resistência à tração também é bastante grande. Esses são os requisitos que, teoricamente, tornariam a construção de um elevador espacial relativamente fácil", disse Tom Nugent, diretor de pesquisas

Uma fita poderia ser construída de duas maneiras:
longos nanotubos de carbono, com extensão de muitos metros, seriam trançados em uma estrutura semelhante a uma corda. Até 2005, os nanotubos mais longos ainda não passavam de alguns centímetros;
nanotubos mais curtos poderiam ser colocados em uma matriz de polímeros. Os polímeros atuais não têm uma ligação muito boa com os nanotubos de carbono, o que faz com que a matriz seja puxada para longe dos nanotubos quando colocada sob tensão.
Assim que a longa fita de nanotubos for criada, ela será enrolada em um carretel e lançada em órbita. Quando a espaçonave transportando o carretel atingir uma determinada altitude, como a baixa órbita terrestre, o carretel começa a se desenrolar e levar a fita de volta à Terra. Ao mesmo tempo, o carretel continuará a subir para uma altitude mais alta. Quando a fita atingir a atmosfera terrestre, ela será capturada, trazida para o nível do mar e ancorada em uma plataforma móvel no oceano.
A fita servirá como os trilhos de uma espécie de ferrovia espacial. E os içadores mecânicos serão usados para escalar a fita em direção ao espaço.

Qual vai ser a altura do elevador espacial?

Se construída, a fita será uma das maravilhas do mundo moderno e será a estrutura mais alta já construída. Imagine que a torre sem suporte mais alta do mundo em 2005 era a CN Tower, que chega a 553,34 metros, localizada em Toronto, no Canadá. O elevador espacial seria 180.720 vezes mais alta do que a CN Tower! O elevador de 100 mil km de altura atingiria um ponto muito mais distante do que a altura em que o ônibus espacial costuma orbitar (de 185 a 643 km). Na verdade, ele chegaria a um quarto da distância da Terra à Lua, que fica a uma distância de 382.500 km do nosso planeta.

Rumo ao topo
Mas embora a fita ainda seja um componente conceitual, todas as outras peças do elevador espacial podem ser construídas com o uso de tecnologia já existente, incluindo o içador robótico, a estação-âncora e o sistema de transmissão de energia. Quando a fita puder ser construída, os outros componentes já estarão quase prontos para o lançamento. Quando? Por volta de 2018. Içador
O içador robótico usará a fita como um direcionador para sua subida ao espaço. Um mecanismo de tração com cilindros se prenderá à fita e a puxará, fazendo com que o içador escale o elevador.

 
Estação-âncora
O elevador espacial terá sua origem em uma plataforma móvel na região equatorial do Oceano Pacífico, que funcionará como uma âncora para a fita.
Foto cedida LiftPort Group
Os escaladores em cada extremidade do içador vão subir a fita a uma velocidade de cerca de 320 km/h

Contrapeso
Na parte superior da fita, haverá um contrapeso maciço. Os primeiros planos incluíam capturar um asteróide e usá-lo como contrapeso. Mas idéias mais recentes como as da LiftPort e do Institute for Scientific Research (ISR - Instituto para Pesquisas Científicas) planejam usar um contrapeso criado pelo homem. Na verdade, o contrapeso poderá ser montado com os equipamentos usados para construir a fita (incluindo a nave usada para levá-la ao espaço).

Transmissor de energia
O içador será alimentado por um sistema de laser de elétrons livres localizado sobre ou próximo à estação-âncora. O laser irá disparar 2,4 megawatts de energia em células fotovoltaicas, que podem ser feitas de Arsenieto de Gálio (GaAs), ligadas ao içador, que irá converter essa energia em eletricidade para os motores elétricos convencionais de corrente contínua de imã de nióbio, de acordo com a ISR.
E quando estiverem funcionando, os içadores poderão subir pelo elevador espacial quase todos os dias. Os içadores terão diferentes tamanhos, variando de cinco toneladas iniciais até 20 toneladas. O içador de 20 toneladas conseguirá transportar até 13 toneladas de carga e terá 900 metros cúbicos de espaço. Os içadores transportariam satélites, painéis de energia solar e, eventualmente, pessoas pela fita, a velocidades de aproximadamente 190 km/h.

Mantendo-se em operação
Com uma extensão de 100 mil km, o elevador espacial será vulnerável a muitos perigos, incluindo temperatura, fragmentos vindos do espaço e terroristas. Conforme os planos do elevador espacial prosseguem, os projetistas estão pensando nesses riscos e em maneiras de superá-los. E para certificar-se de que sempre haverá um elevador espacial operando, os criadores estão planejando construir vários deles. Cada um mais barato do que o anterior. O primeiro elevador espacial irá servir como uma plataforma a partir da qual os outros serão construídos. Ao fazer isso, os criadores querem garantir que mesmo tendo problemas com um deles, haja outros para continuar a içar cargas para o espaço.

A fita do elevador espacial será ancorada a uma plataforma móvel na região equatorial do Oceano Pacífico. Como parte de um sistema que possibilitará que o elevador desvie de destroços orbitais, a plataforma móvel pode ser reposicionada.

Evitando fragmentos espaciais
Assim como a estação espacial ou o ônibus espacial, o elevador espacial precisará ter a capacidade de desviar de objetos em órbita, como fragmentos e satélites. A plataforma âncora irá utilizar um sistema de fuga ativa para proteger o elevador espacial desse tipo de objeto. Atualmente, o NORAD (Comando de Defesa Aeroespacial Norte-Americano) rastreia objetos com tamanho maior do que 10 cm. Mas para proteger o elevador espacial, seria necessário um sistema de rastreamento de fragmentos orbitais capaz de detectar objetos de cerca de 1 cm. Essa tecnologia está sendo desenvolvida atualmente por outros projetos espaciais.
"Nossos planos são ancorar a fita a uma plataforma móvel no oceano", diz Tom Nugent, da LiftPort. "Será possível movimentar a âncora para tirar a fita do caminho dos satélites".

Repelindo ataques
A localização isolada do elevador espacial será o fator principal para reduzir o risco de ataques terroristas. Por exemplo, a primeira âncora será instalada na região equatorial do oceano Pacífico, a 650 km de quaisquer linhas aéreas ou marítimas, de acordo com a LiftPort. Somente uma pequena parte do elevador espacial estará dentro do alcance de ataques, ou seja, uma altura de menos de 15 km. Além disso, o elevador espacial será um recurso global valioso e provavelmente será protegido pelas forças militares americanas e de outros países.

Abrindo novas fronteiras
Testando a tecnologia
Em fevereiro de 2006, o LiftPort Group anunciou o lançamento bem-sucedido de uma plataforma usando um balão de alta altitude. Esses balões mantiveram a plataforma no ar durante seis horas a uma altura de 1,6 km. A LiftPort planeja comercializar a plataforma, chamada de HALE (Alta Resistência em Alta Altitude), como uma estação para câmeras de segurança, telefones celulares e transmissões de rádio. [referência - em inglês].
O impacto global potencial do elevador espacial está fazendo com que ele seja comparado com outro grande feito nos transportes: a estrada de ferro transcontinental americana.

Completada em 1869, em Promontory, no estado de Utah, a estrada de ferro ligou as costas leste e oeste do país pela primeira vez e acelerou a colonização do oeste americano. O tempo de viagem através do país reduziu-se de meses a dias, além de abrir novos mercados e originar novas indústrias. Quando o ano de 1893 chegou, os EUA já tinham cinco estradas transcontinentais. A idéia de um elevador espacial têm muitos dos mesmos elementos que a estação transcontinental. Ele criaria uma conexão permanente com o espaço que nunca seria interrompida. Embora não vá acelerar o tempo da viagem, ele poderá torná-las mais freqüentes e abrir espaço para uma nova era no desenvolvimento. Talvez o principal fator impulsionando a idéia do elevador espacial seja o fato de que ele diminuiria em muito o custo de levar cargas para o espaço. Embora sejam mais lentos do que os ônibus espaciais, os içadores reduziriam os custos de lançamento de US$ 22 mil a US$ 44 mil por kg para aproximadamente US$ 880.

Estimativas atuais dizem que o custo de construção de um elevador espacial chegaria a US$ 6 bilhões e os custos legais chegaria a US$ 4 bilhões, de acordo com Bradley Edwards, autor do "The Space Elevator, NIAC Phase II Final Report" (site em inglês - o elevador espacial, relatório final da fase II do NIAC - Edwards também é conhecido como Dr. Bradley Carl Edwards, presidente e fundador da Carbon Designs). Para que você possa comparar, o custo do programa do ônibus espacial foi orçado em US$ 5,2 bilhões em 1971, mas acabou custando US$19,5 bilhões. Além disso, cada vôo do ônibus espacial custa US$ 500 milhões, que é mais de 50 vezes o valor das primeiras estimativas.
O elevador espacial poderia substituir o ônibus espacial como o principal veículo para viagens espaciais e ser usado para o lançamento de satélites, defesa, turismo e futuras explorações. Nesse caso, uma espaçonave seria içada pelo elevador para ser lançada no espaço. Esse tipo de lançamento requeriria menos combustível do que costuma ser necessário para sair da atmosfera terrestre. Alguns projetistas também acreditam que os elevadores espaciais poderiam ser construídos em outros planetas, inclusive Marte.
A NASA financiou a pesquisa do Dr. Edwards por 3 anos. Mas, em 2005, ela deu apenas US$ 28 milhões para as empresas que pesquisavam o elevador espacial. Embora a NASA ainda esteja muito interessada no projeto, prefere esperar por descobertas mais concretas.
Para mais informações sobre elevadores espaciais e assuntos relacionados, verifique os links na próxima página.

 
Introdução
Enquanto a maioria dos projetos da NASA (site em inglês) olha para o futuro para buscar inspiração, um dos projetos da agência espacial está focando numa tecnologia de motores mais convencional para tornar a viagem espacial mais barata. Em um esforço para aliviar a carga da nave espacial no lançamento, os engenheiros da NASA estão projetando um novo motor de foguete que elimina a necessidade de um oxigênio embarcado. Em vez disso, esse novo motor de foguete de ar aspirado extrairá oxigênio do ar para queimar combustível enquanto acelera para atingir a órbita.

A nave espacial movida a foguete de ar aspirado poderá favorecer o passeio do homem comum pelo espaço
A idéia de um motor que puxa o ar para fornecer empuxo não é nova. Os motores a jato usam esse processo há décadas. Usar o ar da atmosfera para que os motores supersônicos de jatos alimentem uma nave espacial de pouco peso irá diminuir o custo de colocar a nave espacial em órbita. Atualmente, o custo para colocar um objeto em órbita é de aproximadamente US$ 22.000/kg. A esse valor, enviar uma pessoa de 70 kg para o espaço custaria US$ 1.500.000. O objetivo da NASA é reduzir o custo do lançamento nos próximos 25 anos. Acredita-se que uma forma de fazer isso é descartando mais de um milhão de quilos de oxigênio líquido necessários atualmente para a combustão.
"A tecnologia do motor do foguete de ar aspirado tem o potencial de abrir as fronteiras do espaço para pessoas comuns", disse Uwe Hueter do Centro de Vôos Espaciais Marshall da NASA em Huntsville, Ala. Neste artigo, você descobrirá como poderá voar para o espaço em um desses foguetes de ar aspirado, como funcionam os motores e como os foguetes de ar aspirado serão lançados ao espaço.
O motor
Em um motor de foguete convencional, o oxidante líquido e o combustível são bombeados para uma câmara de combustão em que são queimados para criar um fluxo de gases quentes com alta pressão e alta velocidade. Esses gases passam através de um bico que os acelera ainda mais (velocidades normais finais de 8 mil a 16 mil km/h) para, então, deixarem o motor. Este processo fornece empuxo à nave espacial. Se você leu o artigo Como funcionam os motores de foguetes, então já sabe que o ônibus espacial precisa de 540 mil litros de oxigênio líquido, o que o faz pesar cerca de 616 toneladas. Vazio, o ônibus espacial sozinho pesa 75 t, o tanque externo pesa 35,5 t e as duas cargas auxiliares do foguete pesam 84 t cada uma. Isso dá o valor total de 278 toneladas. Quando você adiciona combustível e oxigênio, o peso total do veículo pula para 2 mil toneladas.

A NASA determinou que poderia diminuir o peso de um veículo no lançamento se fosse retirado o oxigênio líquido, o que diminuiria muito seu peso para cerca de 1.400 toneladas. Ainda seria um veículo pesado, mas significaria uma enorme redução no custo para se colocar um veículo em órbita.
Então, se você remover o oxigênio líquido, o combustível seria capaz de queimar e fornecer empuxo? Você tem que pensar como se estivesse fora do funcionamento normal de um motor de foguete convencional. Em vez de usar oxigênio líquido, o foguete de ar aspirado, como o próprio nome indica, pegará o ar da atmosfera. Ele, então, será combinado com o combustível para criar a combustão e fornecer empuxo.

Teste de disparo de um motor de foguete de ar aspirado, em 1998
O motor de foguete de ar aspirado, também chamado de foguetes baseados em motor de ciclo combinado, é bastante similar a um motor a jato. Em um motor a jato, o ar é sugado pelo compressor. O motor comprime o ar, faz a combinação deste com o combustível e queima o produto, que expande e fornece o empuxo. O motor a jato somente pode ser usado até 3 ou 4 Mach antes que suas peças comecem a superaquecer. No ramjet de combustão supersônica, ou no scramjet, a alimentação é feita com ar. Este é desacelerado e comprimido à medida que o veículo ganha velocidade através da atmosfera. O combustível é adicionado ao fluxo de ar supersônico, onde os dois se misturam e queimam. Os combustíveis que poderão ser usados com os foguetes de ar aspirado incluem hidrogênio líquido ou hidrocarbono.
Decolagem
Por mais eficientes que os foguetes de ar aspirado sejam, eles não conseguem fornecer o empuxo necessário para a decolagem. Por esse motivo, há duas opções a serem consideradas. A NASA pode usar turbojatos ou foguetes de ar expandido para tirar o veículo do chão. O foguete de ar expandido é como um motor normal de foguete, exceto que quando chega a uma velocidade suficientemente alta, talvez 2 ou 3 Mach, ele aumentará a oxidação do combustível com o ar da atmosfera e talvez chegue aos 10 Mach, voltando depois à função normal do foguete. Esses foguetes de ar expandido são colocados em um duto que captura o ar e podem incrementar o desempenho em 15% sobre os foguetes convencionais.
Foto cedida pela NASA
Pistas de levitação magnética poderão, um dia, ser usadas para lançar veículos ao espaço
Além disso, a NASA está desenvolvendo um plano para lançar o veículo com foguete de ar aspirado, usando pistas de levitação magnética (maglev). Usando as pistas maglev, o veículo irá acelerar a velocidades de até 966 km/h antes de decolar.

Logo após a decolagem, e depois que o veículo atingir duas vezes a velocidade do som, os foguetes de ar expandido serão desligados. A propulsão será então fornecida pelo veículo com foguete de ar aspirado, que vai aspirar oxigênio por, aproximadamente, metade do vôo para queimar combustível. A vantagem disso é que não será mais necessário armazenar tanto oxigênio a bordo da nave espacial como acontecia com as naves do passado, reduzindo assim os custos de lançamento. Quando o veículo atingir 10 vezes a velocidade do som, ele voltará ao sistema movido a foguete convencional para uma arrancada final até a órbita.
Como o peso do oxigênio será cortado, o veículo será mais fácil de manobrar do que as naves espaciais atuais. Isso significa que viajar em um veículo movido a foguete de ar aspirado será mais seguro. Finalmente, as pessoas poderão viajar nesses veículos rumo ao espaço como turistas espaciais.

O Centro Marshall e o Centro de Pesquisas Glenn da NASA, em Cleveland, estão planejando projetar um motor de foguete de ar aspirado a ser usado em vôo interno para uma demonstração de vôo em poucos anos. Esse projeto determinará se os motores de foguetes de ar aspirado poderão ser fabricados com leveza o suficiente para um veículo de lançamento.
Introdução
Há mais de 20 anos, os Estados Unidos começaram a desenvolver um sistema de defesa contra mísseis que ganhou o apelido de "Guerra nas Estrelas". Esse sistema foi projetado para rastrear e derrubar mísseis lançados por países estrangeiros utilizando lasers. Embora esse sistema tenha sido projetado para a guerra, os pesquisadores encontraram muitos outros usos para esses lasers de alta potência. Na verdade, eles poderiam até mesmo ser usados para colocar uma nave espacial em órbita e chegar a outros planetas.
Foto cedida pelo Rensselaer Polytechnic Institute.

Modelo experimental de nave de luz movida a laser
Para alcançar o espaço, atualmente, utilizamos o ônibus espacial, que tem que carregar toneladas de combustível e possuir dois enormes foguetes propulsores atrelados a ele para tirá-lo do chão. Os lasers poderiam permitir que os engenheiros desenvolvessem espaçonaves mais leves, que não precisariam de uma fonte de energia a bordo. Esse veículo, chamado de nave de luz, funcionaria ele mesmo como motor, e a luz - uma das fontes de energia mais abundantes do universo - seria o combustível.

Nave de luz em ação. A luz brilhante deriva da combustão do ar sob a borda da nave.
A idéia básica por trás do propulsor de luz é o uso de lasers para aquecer o ar até ele explodir, impelindo a espaçonave para a frente. Se funcionar, o propulsor de luz terá menos de um milésimo do peso e será milhares de vezes mais eficiente do que os motores químicos de foguetes - e não haverá produção de poluição. Neste artigo, veremos duas versões desse sistema avançado de propulsão - um deles poderá nos levar até a lua em apenas cinco horas e meia, e o outro poderá nos levar em uma viagem pelo sistema solar na "auto-estrada de luz".

Nave de luz propulsionada a laser
Foguetes propulsionados a luz lembram alguma coisa relativa à ficção científica - uma nave espacial que passeia no espaço sobre um feixe de laser, que precisa de pouco ou nenhum propelente a bordo e não cria poluição. Isso parece bastante artificial, considerando que não conseguimos desenvolver nada que chegasse perto disso na Terra para viagens convencionais, tanto terrestres quanto aéreas. Mas, mesmo que isso só vá acontecer dentro de 15 a 30 anos, os princípios por trás da nave de luz já foram testados com êxito várias vezes. Uma empresa chamada Lightcraft Technologies (em inglês) continua a refinar a pesquisa que começou no Rensselaer Polytechnic Institute em Troy, N.Y.
Foto cedida pela Rensselaer
Quando o laser pulsa, ele superaquece o ar até chegar à combustão. Cada vez que o ar queima, ele cria um brilho de luz, como se pode ver nesta foto de um vôo de teste.
A idéia básica da nave de luz é simples: a nave usa espelhos para receber e focalizar o feixe de laser incidente para aquecer o ar, o qual explode para impelir a nave. Veja abaixo os componentes básicos desse revolucionário sistema de propulsão:

laser de dióxido de carbono - a Lightcraft Technologies usa um Sistema de Teste de Vulnerabilidade de Laser Pulsado (PLVTS), um descendente do programa de defesa "Guerra nas Estrelas". O laser pulsado de 10 kW usado para a nave de luz experimental está entre os mais poderosos do mundo.
espelho parabólico - o fundo da espaçonave é um espelho que focaliza o feixe do laser sobre o ar do motor ou propelente a bordo. Um espelho secundário parecido com um telescópio, com transmissor baseado em terra, é usado para direcionar o feixe do laser sobre a nave de luz.
câmara de absorção - o ar de entrada é direcionado para essa câmara, onde é aquecido pelo feixe, se expande e propulsiona a nave.
hidrogênio a bordo - uma pequena quantidade propelente de hidrogênio é necessária para empuxo do foguete quando a atmosfera é muito fina para fornecer ar suficiente.

Antes do lançamento, um jato de ar comprimido é usado para girar a nave de luz a aproximadamente 10.000 revoluções por minuto (RPMs). O giro é necessário para estabilizar o artefato giroscopicamente. Imagine esta situação no futebol americano: o zagueiro aplica um giro na bola quando faz o arremesso, para ter um passe mais preciso. Quando o giro é aplicado a essa nave extremamente leve, ele faz que ela atravesse o ar com maior estabilidade.
Quando a nave de luz está girando a uma velocidade adequada, o laser é ligado, impulsionando a nave no ar. O laser de 10 kW pulsa a uma taxa de 25-28 vezes por segundo. Pulsando, o laser continua a empurrar a nave para cima. O feixe de luz é focalizado pelo espelho parabólico no fundo da nave de luz, aquecendo o ar entre 9.982 e 29.982ºC - várias vezes mais quente do que a superfície do Sol. Quando se aquece o ar a essas temperaturas altas, ele é convertido em um estado de plasma - esse plasma, então, explode para propulsionar a nave para cima.

A Lightcraft Technologies, Inc., com patrocínio do FINDS, e financiado pela NASA (em inglês) e pela Força Aérea Americana, testou um pequeno protótipo da nave várias vezes no lançador de mísseis White Sands, no Novo México. Em outubro de 2000, a nave de luz em miniatura, com diâmetro de 12,2 cm e pesando apenas 50 g, atingiu uma altitude de 71 m.
Essa nave de luz movida a laser poderia também usar espelhos, localizados na nave, para projetar um pouco da energia concentrada à frente da nave. O calor do feixe de laser criaria uma ponta de ar que desviaria algum ar atrás da nave, diminuindo assim o arrasto e reduzindo a quantidade de calor absorvida pela nave de luz.

Nave de luz propulsionada por microondas
Outro sistema de propulsão que está sendo considerado para uma classe diferente de naves de luz envolve o uso de microondas. A energia da microonda é mais barata que a do laser e torna mais fácil obter potências maiores, mas exige uma nave com diâmetro maior. As naves de luz a serem projetadas para esse tipo de propulsão se pareceriam mais com discos voadores (agora, estamos mesmo entrando no mundo da ficção científica). Essa tecnologia levará mais tempo para ser desenvolvida do que a nave de luz propelida a laser, mas poderá nos levar a planetas distantes. Os pesquisadores que a desenvolvem também visualizam milhares dessas naves movidas a luz, alimentadas por uma frota de estações de energia em órbita, que substituirão as viagens com linhas aéreas convencionais. Foto cedida pela NASA
A nave de luz movida a microondas dependerá de estações de energia em órbita
A nave de luz movida a microondas também utilizará uma fonte de energia não integrada à nave. Com o sistema de propulsão movido a laser, a fonte de energia fica baseada em terra. O sistema de propulsão a microondas contornará isso. A nave espacial propelida a microondas dependerá da energia fornecida por estações de energia solar em órbita.

Em vez de ser propelida para longe de sua fonte de energia, a nave será atraída por ela.
Antes que essa nave possa voar, os cientistas terão que colocar em órbita uma estação de energia solar de 1 km de diâmetro. Leik Myrabo, que lidera as pesquisas sobre naves de luz, acredita que essa estação de energia poderia gerar até 20 gigawatts de potência. Orbitando a 500 km acima da Terra, essa estação de energia poderia fornecer energia de microondas para uma nave de luz em forma de disco de 20 m, capaz de transportar 12 pessoas. Milhões de pequenas antenas, cobrindo a parte de cima da nave, converteriam as microondas em eletricidade. Em apenas duas órbitas, a estação de energia seria capaz de acumular 1.800 gigajoules de energia e irradiar 4,3 gigawatts de potência para a nave fazer o passeio pela órbita.
A nave movida a microondas seria equipada com dois ímãs poderosos e três tipos de motores de propulsão. As células solares, cobrindo a parte superior da nave, seriam usadas por ela, no lançamento, para produzir eletricidade.

A eletricidade, então, iria ionizar o ar e propelir a nave para pegar os passageiros. Uma vez lançada, a nave movida a microondas usaria seu refletor interno para aquecer o ar a sua volta e ultrapassar a barreira do som.
Quando atingisse uma altitude elevada, inclinaria de lado para atingir velocidades hipersônicas. Metade da potência da microonda poderia, então, ser refletida à frente da nave para aquecer o ar e criar uma ponta de ar, permitindo à nave atravessar o ar a até 25 vezes a velocidade do som e atingir a órbita. A velocidade máxima da nave chega a cerca de 50 vezes a velocidade do som.

A outra metade da potência da microonda é convertida em eletricidade pelas antenas receptoras da nave, sendo usada para energizar seus dois motores eletromagnéticos. Esses motores, então, aceleram a pressão negativa ou o ar que flui em volta da nave. Acelerando a pressão negativa, a nave é capaz de cancelar qualquer ruído sônico, fazendo com que ela fique completamente silenciosa em velocidades supersônicas.

Introdução
O universo é repleto de nuvens de poeira. Com estudos anteriores, os cientistas aprenderam que essa poeira cósmica pode, na presença de plasma, criar formações conhecidas como cristais de plasma. Uma equipe internacional de pesquisadores publicou um estudo em agosto de 2007, no New Journal of Physics, que indica que esses cristais podem ser mais sofisticados do que imaginamos. Em simulações que envolvem poeira cósmica, os pesquisadores testemunharam a formação de cristais de plasma que mostram algumas das características elementares da vida: estrutura parecida com o DNA, comportamento autônomo, reprodução e evolução.

Imagem cedida NasaCristais de plasma em formato de hélice, que podem ser uma forma da chamada "vida sobrenatural", poderiam potencialmente ser encontrados nos anéis de Saturno
Antes de vermos como isso funciona, vamos falar sobre o plasma. O plasma é o quarto estado da matéria. Quando o gás é superaquecido, os elétrons se separam dos átomos e flutuam livremente. O gás então se torna ionizado, transportando uma carga positiva. Essa mistura superaquecida de gás ionizado e elétrons flutuando livremente forma o plasma. As estrelas são basicamente plasma, como cerca de 99% da matéria do universo, ainda que o plasma seja muito menos comum na Terra, onde estamos acostumados a lidar com sólidos, líquidos e gasosos. Além de ser encontrado nas estrelas e no Sol, o plasma é transportado por ventos solares e campos magnéticos, geralmente entrando em contato com nuvens de poeira como aquelas estudadas pelos pesquisadores.
Imagem cedida Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA
Em simulações, os cristais de plasma
às vezes assumem a forma de hélice dupla
do DNA
Quando o plasma entra em contato com uma nuvem de poeira, as partículas de poeira reúnem uma carga elétrica sugando os elétrons do plasma circundante. Esse núcleo de elétrons, por sua vez, se agrupa em íons com carga positiva, formando os cristais de plasma. Nas simulações dos cientistas, realizadas na Estação Espacial Internacional e num ambiente de gravidade zero em instalações de pesquisa na Alemanha, os cristais de plasma, às vezes, se desenvolveram em formatos parecidos com os de saca-rolhas ou mesmo no formato de DNA, com hélice dupla. Esses cristais com formato de hélice retêm uma carga elétrica e mostram o que os pesquisadores chamaram de capacidade de auto-organização.
Uma vez na forma de hélice, os cristais podem se reproduzir se dividindo em duas hélices idênticas, mostrando "marcas de memória" em suas estruturas [fonte: New Journal of Physics - em inglês]. O diâmetro das hélices varia por toda a estrutura e a disposição de várias seções é replicada em outros cristais, passando ao que poderia ser chamado de uma forma de código genético.
Eles até parecem evoluir. As formações se tornaram mais fortes com o tempo à medida que estruturas mais fracas se quebravam e desapareciam.
Os pesquisadores desejam testar se as nuvens de poeira em um ambiente não simulado, como o dos anéis de Saturno, formam hélices e exibem esses comportamentos. Os cristais de plasma, contudo, são frágeis e difíceis de testar. Eles também requerem um fluxo constante de plasma; caso contrário, "morrem".
Se eles existem na forma simulada, os pesquisadores acreditam que os organismos de cristal podem ser encontrados nos anéis de Urano e Saturno, compostos de pequenos grãos de gelo.
Assim, eles criam formas parecidas com o DNA, se reproduzem, passam sua estrutura ou código genético, "comem" plasma, evoluem e morrem. Esses supostos organismos seriam uma forma de vida real? Responderemos essa pergunta na próxima seção.

Os cristais de plasma estão vivos?
Em julho de 2007, um grupo de cientistas dos Estados Unidos, em associação com o Conselho Nacional de Pesquisas, emitiu um relatório recomendando que os cientistas busquem pela chamada vida sobrenatural em outros mundos, no espaço e até mesmo na Terra. Acredita-se que a vida sobrenatural seja muito diferente das formas de vida que estamos acostumados a ver. Ela pode ser constituída por organismos que não dependem da água ou que não têm nenhum DNA. Algumas pessoas até acreditam que existiu vida estranha na Terra num passado distante e que ela ainda possa existir neste planeta. Na verdade, os cientistas não sabem o que é vida estranha, mas sua presença tem muitos conceitos reavaliados sobre o que pode ser a vida alienígena e onde ela pode ser encontrada.
Se os cristais de plasma são ou não um exemplo de vida estranha, é difícil determinar. Algumas das perguntas quanto a esses potenciais organismos voltam ao debate sobre o significado da vida. Por exemplo, na Terra, consideramos que a vida se baseia em carbono e depende da presença de água. Formas de vida também desempenham certas funções básicas, como reprodução, evolução e metabolismo. Mas usar essas funções como uma classificação pode ser complicado. David Grier, professor de física da Universidade de Nova York, disse à New Scientist que "não existe nenhuma definição matematicamente rigorosa de vida", o que torna difícil chamar esses cristais de "vivos" [fonte: New Scientist Space - em inglês].

Outra teoria da vida
Formas de vida baseadas em silício são outra possível forma de vida alienígena. Essas formas de vida hipotéticas geralmente são descritas em filmes de ficção científica, programas de TV e livros. Como o carbono, o silício pode formar vários compostos complexos, mas entre suas muitas desvantagens está uma inerente instabilidade. O silício também é menos comum que o carbono no universo conhecido
Gregor Morfill, um dos participantes do experimento, disse que mesmo os cristais contendo muitas das "marcas" de vida ainda são "apenas uma forma especial de cristal de plasma" [fonte: New Scientist Space - em inglês]. Outro pesquisador, V. N. Tsytovich, disse que os clusters têm "todas as propriedades necessárias para qualificá-los como candidatos a matéria viva inorgânica" [fonte:Science Daily - em inglês]. Os pesquisadores também disseram que, apesar de não estarem prontos para declarar com confiança que essas estruturas representam uma nova forma de vida, seus estudos devem acrescentar à discussão de como os cientistas definem a vida [fonte: USA Today - em inglês].

Se os cristais de plasma existem em suas formas simuladas, eles vivem e se desenvolvem em um ritmo pelo menos centenas de milhares de vezes mais lento que os organismos biológicos da Terra. A pergunta que surge então é a seguinte: dada sua fragilidade e seu ritmo de desenvolvimento lento, eles podem se tornar inteligentes ou conscientes?

Se eles forem considerados como vida, isso pode significar que esses organismos são a forma de vida mais comum no universo, dada a predominância de plasma e nuvens de poeira interestelar em grande quantidade. Também já se sugeriu que essas formas de vida inorgânicas, de alguma maneira, estimularam o desenvolvimento da vida orgânica na Terra.