Foguetes de combustíveis propelentes líquidos e outros tipos de foguetes

Autor: 
Marshall Brain

Em 1926, Robert Goddard testou o primeiro motor de foguete movido a combustível líquido. Seu motor usava gasolina e oxigênio líquido. Ele também trabalhou no projeto e resolveu vários problemas fundamentais com relação ao projeto de motores para foguete, incluindo mecanismos de bombeamento, estratégias de resfriamento e arranjos para o direcionamento. Esses problemas são a razão de os foguetes movidos a combustível líquido serem tão complicados.


Foto cedida pela NASA
Dr. Robert H. Goddard e seu foguete a gasolina/oxigênio líquido na estrutura da qual foi lançado em 16 de março de 1926, em Auburn, Massachusetts, EUA. Ele voou apenas 2,5 segundos, subiu 12 metros e aterrissou a 56 metros de distância em uma plantação de repolhos.

A idéia básica é simples. Na maioria dos motores de foguetes movidos a combustível líquido, o combustível e um oxidante (por exemplo, gasolina e oxigênio líquido) são bombeados em uma câmara de combustão. Nessa câmara, eles queimam para criar um fluxo de gases quentes de alta pressão e alta velocidade. Esses gases passam através de um bico que os acelera mais ainda (velocidades normais finais de 8 mil a 16 mil km/h) para então deixar o motor. O seguinte diagrama simplificado mostra os componentes básicos.

Esse diagrama não mostra as reais complexidades de um motor típico (veja alguns dos links na parte inferior da página para melhor visualização das imagens e descrições de motores reais). Por exemplo, é normal que o combustível ou o oxidante seja um gás liquefeito frio como hidrogênio ou oxigênio líquidos. Um dos maiores problemas do motor de foguete movido a combustível líquido é o resfriamento da câmara de combustão e do bico, assim os líquidos criogênicos circulam primeiro em volta das partes superaquecidas para resfriá-las. As bombas têm de gerar pressões extremamente altas para poder suplantar a pressão que o combustível de queima cria na câmara de combustão. Os motores principais do ônibus espacial (em inglês) usam, na verdade, 2 estágios de bombeamento e queimam combustível para acionar as bombas do segundo estágio. Todos esses bombeamentos e resfriamentos fazem com que um típico motor de combustível líquido se pareça mais com um confuso projeto de encanamentos do que com qualquer outra coisa - veja os motores nesta página (em inglês) para comprovar o que queremos dizer.

Todos os tipos de combinações de combustível são usados em motores de foguetes movidos a combustível propelente líquido. 

  • Hidrogênio líquido e oxigênio líquido - usados nos motores do ônibus espacial (em inglês).
  • Gasolina e oxigênio líquido - usados nos principais foguetes de Goddard.
  • Querosene e oxigênio líquido - usados no primeiro estágio dos grandes propulsores do Saturno V do programa Apollo.
  • Álcool e oxigênio líquido - usados nos foguetes V2 alemães.
  • Tetróxido de nitrogênio/hidrazina monometílica - usados nos motores da Cassini.

Outras possibilidades

Normalmente motores de foguetes químicos queimam seu combustível para gerar empuxo. No entanto, existem outros meios para gerar empuxo. Qualquer sistema arremessador de massa serviria. Se você conseguisse descobrir um meio de arremessar bolas de beisebol a velocidades extremamente altas, teria, algo semelhante ao motor de foguete. O único problema com essa tentativa seria que a bola de beisebol (em razão da alta velocidade que atingiria) seria "expelida" diretamente para o espaço. Esse pequeno problema faz com que os projetistas de motores de foguete sejam favoráveis a utilizar gases para o escape.

Muitos motores de foguetes são muito pequenos. Por exemplo, os propulsores dos satélites não precisam produzir muita impulsão. Um modelo comum de motor encontrado nos satélites não utiliza nenhum tipo de "combustível" - os propulsores de nitrogênio pressurizado expelem simplesmente o gás de nitrogênio a partir de um tanque, através de um bico. Propulsores como esse mantiveram o Skylab em órbita e também são usados no sistema de manobras, operado manualmente, do ônibus espacial.

Novos modelos de motores estão tentando achar um meio de acelerar íons ou partículas atômicas em velocidades extremamente altas para criar empuxo mais eficientemente. A espaçonave Deep Space-1 da NASA será a primeira a usar motores de íons (em inglês) para propulsão. Veja esta página (em inglês) para informações adicionais sobre motores de plasma e íons.


Foto cedida pela NASA
Essa imagem do motor de íons de xenônio, fotografado através de uma porta da câmara de vácuo, onde estava sendo testado no laboratório de propulsão a jato da NASA, mostra o fraco brilho azul de átomos carregados sendo emitidos pelo motor. O motor de propulsão a íons é a primeira propulsão não química a ser usada como propelente principal para
impulsionar uma espaçonave.

Para mais informações sobre motores de foguetes e tópicos relacionados, consulte os links da próxima página.