Conheça o ambicioso projeto Skylon

A agência espacial europeia está investindo pesado em uma nova tecnologia de motores e aeronaves chama Skylon. Utilizando motores revolucionários de múltipla combustão cujo principal componente é o Hidrogênio, e fazendo uso de novos materiais na construção de veículos espaciais de um único estágio.

A Skylon possui motores de Sabre, uma espécie de foguete que queima hidrogênio e oxigênio para fazer com que ela possa voar. O único porém é que em baixas altitudes o oxigênio sai dos motores em vez de permanecer. Para que isso não aconteça, o oxigênio tem de estar a uma temperatura de até cerca de 200 graus abaixo de zero antes de entrar no motor.

Essa foi a parte mais difícil na hora de desenvolver o projeto, mas os projetistas conseguiram encontrar uma maneira de aumentar a temperatura do oxigênio com um sistema complexo de minúsculos tubos de calor. Tudo isso precisa acontecer em 1/100 de um segundo. Como isso é possível? A ESA acredita que a proposta de alimentar o ar que entra através de tubos de troca de calor vai funcionar, então quem somos nós para duvidar?

Imagine poder decolar de uma pista como se estivesse em um avião normal, mas voar tão alto e tão rápido que quando você desencaixar o cinto de segurança, poderá flutuar dentro da cabine. Olhar para fora nas janelas: de um lado estará a escuridão do espaço profundo, enquanto do outro é o azul elétrico de seu planeta natal, a Terra.

Voos espaciais de um único estágio sempre foram um sonho de todo astronauta, mas está se tornando realidade aos poucos. O projeto Skylon tem como objetivo a construção de veículos espaciais reutilizáveis que poderão decolar em pistas normais, ir até o espaço e retornar, sem qualquer perda de componentes como os atuais foguetes e módulos espaciais de múltiplos estágios.

Ao construir aeronaves reutilizáveis, o custo para alcançar a órbita pode ser reduzido a um vigésimo dos custos atuais. Isso faz com que espaçonaves de um único estágio sejam a opção mais viável para o transporte de astronautas ao espaço e para a implantação de satélites e sondas espaciais.

Se tudo correr conforme o previsto, os primeiros voos de teste podem acontecer em 2019, e as espaçonaves Skylon com motores de Sabre – poderiam estar visitando a Estação Espacial Internacional até 2022. Consegue transportar 15 toneladas de carga em cada viagem. Isso é quase o dobro da quantidade de carga que os veículos ATV da Agência Espacial Europeia podem transportar.

Essas espaçonaves não devem ser confundidas com os veículos de turismo espacial como da Virgin Galactic Space Ship Two. A mais alta altitude que este veículo pode chegar é de cerca de 110 km, dando aos passageiros algo em torno de seis minutos de ausência de peso antes de cair de volta para a Terra em pouso controlado.

Embora não haja uma definição específica, o espaço começa em torno de 100 km de altitude. Para ter alguma esperança de ficar em órbita, você teria que atingir o dobro dessa altitude. A Estação Espacial Internacional orbita a 340 quilômetros, enquanto que o Telescópio Espacial Hubble fica a 595 quilômetros de altitude.

Tecnologia do motor Sabre do Skylon

No passado, as tentativas de projetar sistemas de propulsão de fase única não tiveram sucesso, em grande parte devido ao peso de um oxidante embarcado, como oxigênio líquido, necessário para motores de foguetes convencionais. Uma solução possível para reduzir a quantidade de oxidante a bordo foi necessário usar o oxigênio já presente na atmosfera, no processo de combustão tal como um motor a jato normal. Esta redução de peso permitiria a transição de veículos de lançamento multiestágio para veículos de lançamento em fase única.

SABRE é o primeiro motor híbrido a atingir esse objetivo, operando em dois modos de foguetes: inicialmente repira o ar atmosférico; e posteriormente, no modo de foguete convencional.
Modo respiro de ar – o motor de foguete suga o ar atmosférico como fonte de oxigênio (como em um motor a jato típico) para misturar com o seu combustível de hidrogênio líquido na câmara de combustão do foguete.
Modo foguete convencional – o motor está acima da atmosfera que não tem ar e muda para utilizar os tanques de oxigênio líquido convencionais.
Em ambos os modos a pressão é gerada utilizando-se a câmara de combustão do foguete e bicos injetores. Isto é possível através de uma síntese de elementos de foguetes e tecnologia de turbinas a gás.

Evolução do Ciclo Motor SABRE

Motor Sabre

Veja o interior do motor Sabre. (divulgação).

O projeto do SABRE evoluiu de Motores Ciclo líquido-ar (LACE – O ar de entrada é resfriado a temperaturas muito baixas antes de entrar num estatorreator ou num turbojato), que têm uma única câmara de combustão de foguetes com bombas associadas, pré-queimador e bico injetor que são utilizados em ambos os modos. Motores LACE empregam a capacidade de arrefecimento (aquecimento) do combustível de hidrogênio líquido criogênico para liquefazer o ar que entra antes do bombeamento. Infelizmente, a liquefação do ar neste tipo de ciclo de fluxo de combustível requer uma pressão muita elevada.

Estas falhas são evitadas no motor Sabre, que só arrefece (aquece) o ar para o limite de vapor e evita liquefação, reduzindo assim a necessidade de arrefecimento do fluxo de combustível do hidrogênio líquido. Também permite o uso de um compressor turbo relativamente convencional e evita a necessidade de um condensador de ar (trocador de calor).

O motor Sabre é essencialmente um motor de foguete de ciclo fechado, com um pré-arrefecido turbocompressor adicional para proporcionar um fornecimento de ar de alta pressão para a câmara de combustão. Isso permite operação em velocidade zero de avanço na pista a até Mach 5,5 (6732 Km/h) no modo ar – respiração durante a subida. Como a densidade do ar diminui com a altitude, o motor eventualmente muda, para um foguete puro impulsionando seu veículo (o SKYLON) á velocidade orbital (cerca de Mach 25 – 30.600 Km/h).

Fonte: Reaction Engines

Fonte: The Guardian Science

Fonte: Tech Tudo

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