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16 de nov de 2008

Veleiro solar espacial é a única maneira de viabilizar viagens interestelares.

Um veleiro solar é uma nave espacial propulsionada pela luz solar. Ao passo que um foguete convencional se move graças ao impulso produzido pelos gases expelidos no processo de combustão que ocorre nas suas câmaras, o veleiro solar é empurrado apenas pela luz do Sol.
Concepção artistica de um veleiro solar - Worth 1000.

Como isto seria possível? A luz é uma partícula subatômica singular que goza simultaneamente das propriedades de partícula e energia – quando em estado de partícula, é denominada fóton. Quando um raio de luz se choca contra uma superfície reflexiva, uma pequena parte dos seus fótons é absorvida pelo espelho, enquanto a maioria deles é refletida, gerando uma força em sentido contrário, similar ao efeito de uma bola arremetida contra uma parede. Na realidade, o choque dos fótons produz dois momentos propulsores: um durante o choque das partículas contra a vela e outro, quando o fóton é refletido. Este processo repetido inúmeras vezes por uma corrente constante de fótons acaba empurrando a vela da nave espacial através do vácuo interestelar.
Uma vela solar é composta de uma superfície, ou várias superfícies, dependendo do deseonho. Quando as velas são diretamente expostas à luz do sol, elas recebem uma constante descarga de fotos que, ao ser refletida, impele a nave para longe do sol. Ao modificar o ângulo das velas em relação ao sol, é possível arbitrar o ângulo e, consequentemente, o curso da espaçonave. Também é possível fazer navegações em direção ao sol e também usar pressão fotônica para desacelerar a nave, para translocá-la de órbita.Para que a luz solar possa fornecer pressão suficiente para causa empuxo a uma nave espacial, a vela solar deve se chocar contra o número máximo de partículas possível, o que quer dizer que a área da vela deve ser grande, muito grande. O primeiro veleiro espacial, o Cosmos-1, por se tratar de uma nave destinada apenas para uma missão experimental, tinha oito velas triangulares de 15 metros de comprimento e uma superfície total de 600 metros quadrados.

A Astronáutica perde o primeiro veleiro espacial.
O Cosmos-1 foi lançado através do foguete Volná, disparado de um submarino russo submerso no mar de Barents. Infelizmente, um problema ocorrido a 83 segundos do lançamento no foguete do primeiro estágio abortou a missão e frustrou as expectativas do mundo de ver em funcionamento o primeiro veleiro espacial, que teria comprovado a possibilidade do deslocamento de naves no espaço propulsionadas apenas pela força do vento solar.
Apesar de ter sido utilizado um foguete russo para a missão, o veleiro Cosmos-1 pertencia à The Planetary Society.

A área de vela requerida para missões espaciais reais.
A NASA calculou nos anos 70 as exigências para propulsionar um veleiro solar que fosse lançado para explorar o cometa Halley. Os cientistas propuseram uma vela com uma área total de 600.000 metros quadrados, que equivale a um quadrado de 800 metros por 800 metros – o tamanho de 10 quadras da cidade de Nova Iorque! O projeto não foi levado adiante na época, por causa dos elevados custos e dos riscos envolvidos numa tecnologia totalmente inédita.
Mesmo com uma superfície tão gigantesca, o veleiro solar terá uma aceleração muito lenta, quando comparada àquela obtida pelos foguetes convencionais. Se tudo desse certo, uma vela solar em missão interplanetária ganharia 1 milímetro por segundo. As naves exploratórias de Marte, por exemplo, devem acelerar 59 metros por segundo durante o seu lançamento via um foguete convencional Delta II. Esta aceleração é 59.000 vezes maior do que a obtida pelo impacto da luz solar contra as velas do veleiro solar.

A grande vantagem da vela solar é que ela acelera constantemente, ao contrário do foguete que propulsiona apenas durante alguns minutos. A vela solar continua acelerando e pode, ao cabo de algum tempo, obter velocidades muito maiores do que aquelas obtidas pelos foguetes atuais. Com uma taxa de aceleração de 1 mm/s (20 vezes maior do que a que era esperada do Comos-1), uma vela solar aumentaria a sua velocidade em aproximadamente 310 Km/h ao dia, percorrendo 7.500 quilômetros. Ao cabo de 12 dias, a sua velocidade passaria para 3.700 Km/h.

Embora tais velocidades e distâncias pareçam grandes para as viagens interplanetárias, elas são insignificantes para deslocamentos interestelares. Todavia, a aceleração constante, que é uma grande vantagem enquanto o veleiro estiver nas cercanias do sol, pode decrescer à medida que a nave se afastar do astro. Para a situação em que a nave chegar aos confins do sistema solar, os cientistas propõem disparar poderosos raios laser contra as velas para impeli-las para frente. Embora tal estratégia não seja possível de ser implementada com a tecnologia atual, a navegação solar é, sem dúvida, a única tecnologia viável que poderia ser usada em futuras viagens interestelares.

O colapso da Voyager-1 em 2025 justifica os veleiros espaciais.
Voyager-1, o objeto criado pelo homem, atualmente mais distante do planeta terra.

A sonda exploratória espacial Voyager-1, lançada em 1977, tardou tanto para chegar a sua posição atual, que se estima o seu colapso para aproximadamente o ano de 2025. Ela terá consumido toda a energia fornecida por geradores termoelétricos que funcionam à base de radioisótopos – conversão do calor resultante do decaimento radiotivo do plutônio, em eletricidade. Quando todo o elemento radioativo tiver decaído, a Voyager-1 não terá mais condições de alimentar os instrumentos científicos e nem enviar informações para a terra, apesar de ter atingido os quadrantes do espaço mais sensíveis para o conhecimento científico, porque totalmente inexplorados até agora.

Qualquer missão que pretenda ir além da distância que a Voyager-1 atingirá em 2025, deverá contar com um tipo de energia diferente, que supere os paradigmas atuais, baseados em baterias físicas. As estrelas terão que esperar a disponibilização de novas tecnologias que permitam acelerações incrivelmente superiores às atuais.

Leitura Adicional:
Brisa solar impele veleiros espaciais.
Como funciona a tecnologia de vela solar.
Projects: Solar Sailing What Is a Solar Sail?

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