Ciência e Tecnologia
Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 22/07/2011
Os alunos que me procuram em minha sala na universidade se surpreendem com os modelos da espaçonave Enterprise da franquia Jornada nas estrelas que tenho em algumas prateleiras. A paixão pela série é antiga, pois como nasci na década de 1960 – mesma época da série – cresci assistindo às viagens interestelares do capitão Kirk e do vulcano Spock. Imaginava que algum dia poderíamos navegar de verdade pelas estrelas. De certa forma, isso também me inspirou a ser cientista.
No final dos anos 1960 e começo dos 1970, o sonho da conquista do espaço estava muito presente. O homem tinha pousado na Lua com a missão Apollo 11, em 20 de julho de 1969. Quando o módulo lunar Eagle (águia, em português, símbolo dos Estados Unidos) pousou, o astronauta estadunidense Neil Armstrong enviou a mensagem para o comando da missão: “Houston, aqui Base da Tranquilidade. A Eagle pousou”. Foi assim que Armstrong batizou o lugar do primeiro pouso, localizado na região da Lua chamada Mar da Tranquilidade.
A disputa pela conquista do espaço começou nos tempos da Guerra Fria, período da corrida armamentista entre os Estados Unidos e a extinta União Soviética. Como os soviéticos foram os primeiros a mandar um satélite, um ser vivo (a cadela da raça laika) e um cosmonauta para o espaço, o governo dos Estados Unidos propôs como meta enviar o primeiro homem à Lua até o final da década de 1960.
Dessa maneira, no imaginário popular e na ficção científica produzida à época, a conquista do espaço tornou-se algo próximo, que logo seria alcançado. Parecia que, em algumas décadas, o homem visitaria pessoalmente os planetas do nosso sistema solar. Acreditava-se que, no século 21, existiriam bases lunares e grandes estações espaciais, como as retratadas no famoso filme de Stanley Kubrick, 2001 - Uma odisseia no espaço. Infelizmente, não é bem isso que vemos nesse momento.
No mês de julho de 2011 aconteceu a última missão do ônibus espacial Atlantis, que encerra a série de voos desse veículo, criado ainda nos anos 1970 para substituir o projeto Apollo na tentativa de se alcançar a órbita terrestre. Embora exista a Estação Espacial Internacional (ISS, na sigla em inglês), ela ainda é muito modesta quando comparada à exibida no filme 2001...
O motivo do corte no programa do ônibus espacial, sem que os americanos apresentassem uma alternativa a esse veículo, é o problema de orçamento. Como no caso do projeto Apollo, que consumiu centenas de bilhões de dólares, a exploração humana do espaço é cara e, em alguns momentos, existe a discussão se ela realmente vale a pena, em vista dos retornos diretos que ela de fato pode trazer.
A atual tecnologia utilizada para impulsionar os foguetes e as espaçonaves é baseada no princípio da ação e reação, que foi proposto pelo cientista inglês Isaac Newton (1643-1727) há 350 anos. A ideia é simples: para toda ação de uma força ocorre uma reação de igual intensidade e de sentido contrário.
Os motores dos foguetes utilizados para colocar as espaçonaves em órbita funcionam a base de oxigênio e hidrogênio líquidos. Quando os componentes do combustível reagem na câmara de combustão, o gás resultante é expelido para trás em altíssima pressão. De acordo com o princípio da ação e reação, a força realizada para expelir o gás é igual a que o gás faz sobre o foguete, impelindo-o para frente.
Na medida em que se esgota o combustível, os módulos vazios são ejetados, ajudando a propulsão do foguete. Independentemente do tipo de combustível utilizado, o princípio é sempre o mesmo. No caso do foguete Saturno V, o mais potente já construído – utilizado para lançar a Apollo 11 – tinha 110 m de altura e pesava mais de 3 mil toneladas. Já a Apollo 11 pesava cerca de 46 toneladas.
As viagens dos ônibus espaciais eram limitadas à baixa órbita terrestre, não passando de 600 km (diferente das viagens à Lua, que está aproximadamente a 380 mil km da Terra). Como qualquer objeto em órbita, o ônibus espacial e a ISS ficam sob a ação da gravidade e, portanto, estão sempre “caindo” em direção à Terra.
No caso da ISS, devido à velocidade com que se desloca (27.700 km/h), ela realiza um movimento elíptico ao redor da Terra, ora se aproximando, ora se afastando do nosso planeta. Além disso, a ISS sofre efeitos de atrito com a atmosfera terrestre – mesmo a sua altitude média sendo de 340 km –, que diminuem a sua órbita em aproximadamente 2,5 km por mês. Por isso, foguetes nela instalados precisam impulsioná-la para órbitas mais altas de tempos em tempos.
Esse tipo de tecnologia é, portanto, muito limitado para fazermos explorações de longa duração no espaço.
Além disso, existem os problemas da resistência do corpo humano a grandes acelerações, assim como a influência da ausência de gravidade em nosso organismo, que costuma resultar em efeitos nocivos à saúde quando os astronautas permanecem longos períodos no espaço, como fragilidade dos músculos e formação de osteoporose. E ainda, mesmo com a proteção das espaçonaves contra a radiação, em períodos de muita atividade solar, existem os riscos de ela atingir os astronautas.
O sonho de realizar jornadas pelas estrelas ainda levará muito tempo para ser realizado. Será necessário desenvolver novas e mais eficientes tecnologias e explorar mais o espaço por meio de sondas robóticas, que, do ponto de vista científico, trazem mais retorno a um custo bem menor.
Afinal, como a franquia Jornada nas estrelas sugere, isso somente acontecerá nos séculos 22 e 23. Ou seja, ainda há muito tempo para aprender a vencer os desafios.
Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos
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Ciência e Tecnologia
O último voo da águia?
Coluna Física sem mistério
Ciência Hoje on-line
publicada em 22/07/2011
Os alunos que me procuram em minha sala na universidade se surpreendem com os modelos da espaçonave Enterprise da franquia Jornada nas estrelas que tenho em algumas prateleiras. A paixão pela série é antiga, pois como nasci na década de 1960 – mesma época da série – cresci assistindo às viagens interestelares do capitão Kirk e do vulcano Spock. Imaginava que algum dia poderíamos navegar de verdade pelas estrelas. De certa forma, isso também me inspirou a ser cientista.
No final dos anos 1960 e começo dos 1970, o sonho da conquista do espaço estava muito presente. O homem tinha pousado na Lua com a missão Apollo 11, em 20 de julho de 1969. Quando o módulo lunar Eagle (águia, em português, símbolo dos Estados Unidos) pousou, o astronauta estadunidense Neil Armstrong enviou a mensagem para o comando da missão: “Houston, aqui Base da Tranquilidade. A Eagle pousou”. Foi assim que Armstrong batizou o lugar do primeiro pouso, localizado na região da Lua chamada Mar da Tranquilidade.
A disputa pela conquista do espaço começou nos tempos da Guerra Fria, período da corrida armamentista entre os Estados Unidos e a extinta União Soviética. Como os soviéticos foram os primeiros a mandar um satélite, um ser vivo (a cadela da raça laika) e um cosmonauta para o espaço, o governo dos Estados Unidos propôs como meta enviar o primeiro homem à Lua até o final da década de 1960.
No mês de julho de 2011 aconteceu a última missão do ônibus espacial Atlantis, que encerra a série de voos desse veículo, criado ainda nos anos 1970 para substituir o projeto Apollo na tentativa de se alcançar a órbita terrestre. Embora exista a Estação Espacial Internacional (ISS, na sigla em inglês), ela ainda é muito modesta quando comparada à exibida no filme 2001...
O motivo do corte no programa do ônibus espacial, sem que os americanos apresentassem uma alternativa a esse veículo, é o problema de orçamento. Como no caso do projeto Apollo, que consumiu centenas de bilhões de dólares, a exploração humana do espaço é cara e, em alguns momentos, existe a discussão se ela realmente vale a pena, em vista dos retornos diretos que ela de fato pode trazer.
Fragilidade tecnológica
A corrida para se chegar à Lua levou ao desenvolvimento de tecnologias necessárias apenas para chegar lá, mas não para uma exploração duradoura e a custos que pudessem manter o projeto em longo prazo. As missões dos astronautas da Apollo duravam apenas algumas horas, não permitindo de fato uma investigação científica mais profunda.A atual tecnologia utilizada para impulsionar os foguetes e as espaçonaves é baseada no princípio da ação e reação, que foi proposto pelo cientista inglês Isaac Newton (1643-1727) há 350 anos. A ideia é simples: para toda ação de uma força ocorre uma reação de igual intensidade e de sentido contrário.
Os motores dos foguetes utilizados para colocar as espaçonaves em órbita funcionam a base de oxigênio e hidrogênio líquidos. Quando os componentes do combustível reagem na câmara de combustão, o gás resultante é expelido para trás em altíssima pressão. De acordo com o princípio da ação e reação, a força realizada para expelir o gás é igual a que o gás faz sobre o foguete, impelindo-o para frente.
Na medida em que se esgota o combustível, os módulos vazios são ejetados, ajudando a propulsão do foguete. Independentemente do tipo de combustível utilizado, o princípio é sempre o mesmo. No caso do foguete Saturno V, o mais potente já construído – utilizado para lançar a Apollo 11 – tinha 110 m de altura e pesava mais de 3 mil toneladas. Já a Apollo 11 pesava cerca de 46 toneladas.
As viagens dos ônibus espaciais eram limitadas à baixa órbita terrestre, não passando de 600 km (diferente das viagens à Lua, que está aproximadamente a 380 mil km da Terra). Como qualquer objeto em órbita, o ônibus espacial e a ISS ficam sob a ação da gravidade e, portanto, estão sempre “caindo” em direção à Terra.
No caso da ISS, devido à velocidade com que se desloca (27.700 km/h), ela realiza um movimento elíptico ao redor da Terra, ora se aproximando, ora se afastando do nosso planeta. Além disso, a ISS sofre efeitos de atrito com a atmosfera terrestre – mesmo a sua altitude média sendo de 340 km –, que diminuem a sua órbita em aproximadamente 2,5 km por mês. Por isso, foguetes nela instalados precisam impulsioná-la para órbitas mais altas de tempos em tempos.
Esse tipo de tecnologia é, portanto, muito limitado para fazermos explorações de longa duração no espaço.
Além disso, existem os problemas da resistência do corpo humano a grandes acelerações, assim como a influência da ausência de gravidade em nosso organismo, que costuma resultar em efeitos nocivos à saúde quando os astronautas permanecem longos períodos no espaço, como fragilidade dos músculos e formação de osteoporose. E ainda, mesmo com a proteção das espaçonaves contra a radiação, em períodos de muita atividade solar, existem os riscos de ela atingir os astronautas.
Uma longa jornada
Com a aposentadoria dos ônibus espaciais, as viagens à Estação Espacial ficarão por conta das naves russas Soyuz, que também foram criadas na década de 1970, mas são mais baratas e, aparentemente, mais seguras do que os ônibus espaciais – marcados por dois acidentes, com as naves Challenger e Columbia, que levaram à morte de todos os tripulantes.O sonho de realizar jornadas pelas estrelas ainda levará muito tempo para ser realizado. Será necessário desenvolver novas e mais eficientes tecnologias e explorar mais o espaço por meio de sondas robóticas, que, do ponto de vista científico, trazem mais retorno a um custo bem menor.
Afinal, como a franquia Jornada nas estrelas sugere, isso somente acontecerá nos séculos 22 e 23. Ou seja, ainda há muito tempo para aprender a vencer os desafios.
Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos
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