Preparado para o lançamento, com a cápsula Orion montada em sua ponta, o foguete Area Launch System (SLS) da NASA, que pode ser usado dentro da missão Artemis I, tem 98 metros a mais e pesa 2,6 milhões de toneladas. Alguma vez você já se perguntou quanta “pressão” é necessária para empurrar tudo isso para dentro de casa?
Quanto melhor essa pressão, conhecida como flutuabilidade, a massa extra (“peso”) pode ser despachada para dentro da casa, e mais longe esse custo pode ir. E naquela época, os foguetes projetados para missões tripuladas à Lua são campeões.
O que é impulso?
Antes de contar quanto empuxo um foguete lunar gera, devemos esclarecer que o empuxo é uma pressão e a maneira como é calculado. No entanto, antes disso, temos que delinear uma unidade de medida conhecida como Newton.
Um Newton (em homenagem ao cientista Isaac Newton) é a quantidade de pressão que deve ser utilizada para um físico com massa de 1 kg para manobrá-lo a um ritmo de 1 m/s².
Agora tenha em mente a segunda e a terceira diretrizes legais de Newton. Se você empurrar (ou acelerar) uma massa em um único curso, essa massa gera uma pressão igual, porém reversa, em você. Essa pressão é o impulso.
Pense em um motor de foguete no trabalho. O produto do gás queimado de um foguete são gases, expelidos em ritmo excessivo pelo bocal do motor. Esses gases têm massa, ou seja, à medida que são “empurrados” para baixo, também empurram o foguete para o lado errado, para cima.
Esse “empurrão” é o empuxo exercido, que é produto da massa dividida pelo tempo (ou “fluxo de massa”), multiplicado pelo ritmo do movimento.
Ou seja, o empuxo é variável, de acordo com os valores dos elementos desse sistema. Ao controlar a quantidade de gás queimado pelo motor, é possível gerenciar quanto empuxo ele produziria.
O impulso dos foguetes lunares
Agora, com certeza, responderemos à pergunta: “quanto empuxo um foguete lunar gera?”. Por foguete lunar estamos considerando estes projetados para enviar missões tripuladas ao nosso puro satélite para pc, como o Saturn V, SLS ou Starship, dos EUA, ou o N1, da União Soviética.
Afinal, esses não são os únicos foguetes capazes de enviar cargas úteis para a Lua. Muitos satélites e rovers já foram despachados com foguetes menores, como a língua chinesa Longa Marcha, ou o US Falcon 9 e Atlas.
Saturno V (EUA, 1967)
Comecemos pelo campeão de empuxo, invicto há mais de 50 anos: o Saturno V, que levou o homem à lua nas missões Apollo. Seu primeiro estágio consistia em 5 motores F-1 altamente eficazes, que na decolagem haviam sido capazes de produzir 35,1 milhões de Newtons (ou 35,1 Meganewtons, MN) de pressão.
Com isso, o foguete estava em condições de enviar até 140 toneladas para Low Earth Orbit (LEO, Low Earth Orbit), ou colocar 43,5 toneladas em “Translunar Injection” (TLI, Translunar Injection), manobra que pode carga útil tanto quanto a lua. Até agora, é o foguete de maior capacidade que a LEO já produziu.
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| Imagem: (NASA / Réplica) |
N1 (União Soviética, 1969)
O Saturn V não foi o único foguete lunar de seu tempo. Os soviéticos também deveriam pousar cosmonautas na Lua, e para isso eles estavam desenvolvendo o N1, um monstro real com 30 (claro, 30!) motores NK-15 no estágio primário, que na decolagem pode produzir 45,4 MN de pressão .
Independentemente de tudo isso, sua capacidade para LEO e TLI pode ser bem menor: 95 e 23,5 toneladas, respectivamente. Eu digo “pode ser” porque o N1 não chegou a entrar em órbita: com um design especialmente avançado, os projetistas soviéticos tiveram problemas para equalizar o empuxo de todos os motores e diminuir as extraordinárias vibrações e oscilações que eles geravam no motor. automóvel e sua carga.
Entre fevereiro de 1969 e novembro de 1972, apenas 4 tentativas de lançamento foram feitas, e todas levaram a desastres. Na segunda tentativa, em 3 de julho de 1969, uma falha na bomba de gasolina do motor nº 8 durante a decolagem desencadeou um desligamento em cascata de quase todos os outros, fazendo com que o foguete caísse novamente na plataforma de lançamento e resultando na maior explosão não nuclear. já feito pelo homem.
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| (Foto: Réplica / Local de Trabalho de Reconhecimento Nacional) |
SLS (EUA, 2022)
Se tudo correr como planejado pela empresa norte-americana, o documento Saturno V não durará muito tempo. O Sistema de Lançamento de Área que pode ser usado na missão Artemis I é capaz de produzir 39 MN de empuxo.
Para isso, faz uso de 4 motores RS-25 dentro do palco central (o “foguete laranja”) e dois propulsores auxiliares de estado sólido, tudo isso reaproveitado dos ônibus domésticos, que haviam sido aposentados em 2011.
No entanto, esse é o modelo primário, ou Bloco 1, do SLS. Por meio do programa Artemis, a NASA pretende desenvolver um modelo muito mais eficaz, o Bloco 2, que pode ser usado a partir da missão Artemis IX e pode ter um impulso de 41 MN.
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| (Foto: Réplica / NASA) |
Nave Estelar (EUA, 2022)
Por fim, temos agora a Starship da SpaceX, que é um sistema composto por dois componentes: o foguete Tremendo Heavy e a própria espaçonave Starship, que são lançados coletivamente.
Se o N1 parecer difícil, o que a SpaceX deseja fazer com o Tremendous Heavy pode ser conhecido como "insano". O foguete tem 33 motores Raptor, que coletivamente podem produzir 72 MN de empuxo. Claro, maior que o dobro do Saturn V.
Para não apontar os seis motores da nave estelar, que atuam como um “segundo estágio” em um lançamento da Terra ou, em princípio, serão suficientes para enviá-lo para casa por si só decolando da Lua ou de Marte.
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| (Foto: Réplica / SpaceX) |
A nave estelar continua em aprimoramento: tudo o que foi concluído até agora são voos de baixa altitude, mais de 15 km, e pouso vertical nos serviços da SpaceX. A verificação orbital primária de todo o sistema está prevista para acontecer em 2022.