“Velas solares” podem chegar a Marte em 26 dias!

Um novo estudo, submetido ao jornal Acta Astronautica, explora o potencial da utilização de "velas solares" de aerografite para viajar até Marte e ao espaço interestelar, o que poderá reduzir drasticamente o tempo e o combustível necessários para tais missões.

Este estudo surge enquanto a investigação em curso sobre a utilização de velas solares está a ser conduzida por um grande número de organizações, juntamente com a bem sucedida missão LightSail2 da The Planetary Society, e tem o potencial de desenvolver sistemas de propulsão mais rápidos e mais eficientes para missões espaciais de longo prazo.

"A propulsão por velas solares tem potencial para a entrega rápida de pequenas cargas (sub-quilograma) em todo o Sistema Solar", afirma o Dr. René Heller, astrofísico do Instituto Max Planck para a Investigação do Sistema Solar e coautor do estudo.

"Em comparação com a propulsão química convencional, que pode levar centenas de toneladas de carga útil para a órbita baixa da Terra e entregar uma grande fração dessa carga à Lua, a Marte e mais além, isto parece ridiculamente pequeno. Mas o principal valor da tecnologia de velas solares é a velocidade".

Velas solares: o que são?

Ao contrário dos foguetões convencionais, que dependem de combustível sob a forma de uma combustão de químicos para exercer uma força externa na parte de trás da nave espacial, as velas solares não precisam de combustível. Em vez disso, utilizam a luz solar para o seu mecanismo de propulsão, uma vez que as velas gigantes captam os fotões solares, tal como os veleiros captam o vento quando viajam sobre a água.

Para o estudo, os investigadores realizaram simulações sobre a velocidade a que uma vela solar feita de aerografite com uma massa até 1 quilograma, incluindo 720 gramas de aerografite com uma área de secção transversal de 104 metros quadrados, poderia chegar a Marte e ao meio interestelar, também chamado heliopausa, utilizando duas trajetórias a partir da Terra conhecidas como métodos de transferência direta para o exterior e de transferência para o interior, respetivamente.

O método de transferência direta para o exterior, tanto para a viagem a Marte como para a heliopausa, implicava que a vela solar fosse colocada e partisse diretamente de uma órbita polar em torno da Terra.

O resultado das simulações

Assim, os investigadores determinaram que o facto de Marte se encontrar em oposição (diretamente oposto à Terra em relação ao Sol) na altura do lançamento da vela solar e da partida da Terra produziria os melhores resultados, tanto em termos de velocidade como de tempo de viagem.

Esta mesma órbita polar de lançamento e partida foi também utilizada para a trajetória da heliopausa. Para o método de transferência para o interior, a vela solar seria entregue a cerca de 0,6 unidades astronómicas (UA) do Sol através de foguetões químicos tradicionais, onde a vela solar seria lançada e começaria a sua viagem para Marte ou para a heliopausa. Mas como é que uma vela solar aerografite torna esta viagem mais viável?

"Com a sua baixa densidade de 0,18 kg por metro cúbico, o aerografite é inferior a todos os materiais convencionais para velas solares", afirma Julius Karlapp, assistente de investigação na Universidade de Tecnologia de Dresden e principal autor do estudo.

Através destas simulações, os investigadores descobriram que o método de transferência direta para o exterior e o método de transferência para o interior resultaram na chegada da vela solar a Marte em 26 dias e 126 dias, respetivamente, sendo os primeiros 103 dias o tempo de viagem da Terra até ao ponto de lançamento a 0,6 UA.

Os tempos de viagem atuais para Marte variam entre 7 e 9 meses, o que só acontece durante janelas de lançamento especificadas de dois em dois anos, dependendo das posições de ambos os planetas tanto no lançamento como na chegada de qualquer nave espacial que vá ou venha de Marte.

Viagem até à heliopausa

Para a viagem até à heliopausa, ambos os métodos resultaram em 5,3 anos e 4,2 anos, respetivamente, sendo que os primeiros 103 dias do método de transferência para o interior também foram dedicados ao tempo de viagem da Terra até ao ponto de implantação a 0,6 UA.

A razão pela qual a heliopausa é atingida num tempo mais rápido com o método de transferência para dentro deve-se ao facto de a vela solar atingir a velocidade máxima em 300 dias, ao contrário de atingir a velocidade máxima com o método de transferência para fora em aproximadamente 2 anos.

A estimativa dos tempos atuais de viagem até à heliopausa pode ser feita com base nas sondas Voyager 1 e Voyager 2 da NASA, que atingiram a heliopausa aproximadamente aos 35 e 41 anos, respetivamente.

Os investigadores notam que uma das principais questões da utilização de velas solares é a desaceleração, ou abrandamento, ao chegar ao destino, especificamente Marte, e embora mencionem a aerocaptura como uma solução, admitem que esta ainda requer mais estudos.

Embora a tecnologia de velas solares tenha sido proposta pela NASA já na década de 1970, um exemplo recente desta tecnologia é o Solar Cruiser da NASA, cujo lançamento está atualmente previsto para fevereiro de 2025.