como que uma nave espacial faz curva no espaço?

Aqui na terra, os aviões só conseguem fazer curva porque tem varias partículas dentro da atmosfera que fornecem atrito ao avião permitindo-o fazer curvas conforme sua necessidade através de pás chamadas Aileron e Flaps (que ficam na asa do avião), Estabilizador Vertical ou Leme (que fica na parte traseira do avião) e alguns outros sistemas que entraremos em mais detalhes quando falarmos sobre a “anatomia de um avião”.

No espaço não tem atrito, então as naves espaciais precisam utilizar outro sistema para “fazer curvas” e o sistema utilizado é praticamente o mesmo utilizado em foguetes. As naves espaciais possuem grandes foguetes chamados de Sistema de Manobra Orbital (foto), e a partir do momento que estão no espaço e precisam fazer uma curva elas liberam com uma velocidade muito grande, os gases que estão dentro do foguete, por exemplo, se for preciso fazer uma curva para a esquerda, ela liberará gás do foguete do lado direito e vice-versa, é o que os físicos chamam de “mudança da conservação do momento”.

Onibus Espacial -Video

Introdução a Como funcionam os motores de foguetes

Uma das missões mais incríveis que o homem já empreendeu foi a exploração espacial, de assombrosa complexidade. A exploração espacial é complicada porque existem muitos problemas a resolver e obstáculos a superar - coisas como:

• o vácuo do espaço;
• problemas com gerenciamento do calor;
• a dificuldade da reentrada;
• a mecânica orbital;
• micrometeoritos e detritos do espaço;
• radiação solar e cósmica;
• a logística de como ter um banheiro em um ambiente sem gravidade.

Mas o maior problema de todos é conseguir energia suficiente para simplesmente tirar a aeronave do solo. É aí que entram os motores dos foguetes.
Os motores dos foguetes são, por um lado, tão simples que você poderia montar e voar em seu próprio modelo de foguete sem gastar muito (veja os links na última página do artigo para mais detalhes). Por outro lado, os motores de foguetes e seus sistemas de combustível são tão complicados que somente 3 países conseguiram colocar pessoas em órbita. Neste artigo, vamos dar uma olhada nos motores dos foguetes para entender como funcionam, bem como para compreender um pouco da complexidade que os rodeia.

O básico

Quando a maioria das pessoas pensa a respeito de motores, lembra de rotação. Por exemplo, o motor a gasolina de um carro produz energia rotacional para mover as rodas. Um motor elétrico produz energia rotacional para girar um ventilador ou fazer girar um disco. Um motor a vapor é usado para fazer o mesmo que faz uma turbina a vapor e a maioria das turbinas a gás.
Os motores dos foguetes são radicalmente diferentes, pois são de reação. O princípio básico no qual se baseia o motor de um foguete é o famoso princípio newtoniano segundo o qual "a cada ação corresponde uma reação de igual intensidade e sentido contrário". Um motor de foguete está jogando massa para um sentido e se beneficiando da reação que ocorre no sentido oposto como resultado.



Esse conceito de "jogar massa e se beneficiar da reação" pode ser difícil de assimilar a princípio porque não é isso que parece estar acontecendo. Veja os exemplos a seguir para ter uma idéia melhor da realidade.
• Se você já atirou com uma espingarda, especialmente uma grande de calibre 12, então sabe que o "coice" é bem forte. Esse coice é uma reação. Uma espingarda atira com cerca de 30 gramas de metal em um sentido a aproximadamente 1.100 km/h ,e seu ombro sente o impacto da reação. Se você estivesse usando patins ou um skate ao atirar com a arma, ela estaria atuando como um motor de foguete e você reagiria rolando no sentido oposto.

• Se você já teve a oportunidade de ver uma mangueira de incêndio dessas grandes jogando água, deve ter notado que é necessário usar muita força para segurar a mangueira (às vezes, são necessários 2 ou 3 bombeiros). A mangueira está atuando como um motor de foguete. Ela está jogando água em uma direção e os bombeiros estão usando sua força e peso para contrabalançar a reação. Se eles soltassem a mangueira, ela ficaria batendo em tudo a sua volta com uma força tremenda. Se os bombeiros estivessem em skates, a mangueira iria empurrá-los para trás em grande velocidade.

• Quando você enche uma bexiga e deixa que ela voe por toda a sala, está criando um motor de foguete. Nesse caso, o que está sendo jogado são as moléculas de ar que estão dentro da bexiga. Muitas pessoas acreditam que as moléculas de ar não pesam nada, mas elas têm peso (veja a página sobre o hélio para ter uma melhor noção do peso do ar). Quando elas saem pela boca da bexiga, o resto da bexiga reage no sentido oposto.

Ação e reação: o cenário da bola de beisebol espacial

Imagine a seguinte situação: você está usando um traje espacial, está flutuando no espaço ao lado do ônibus espacial e tem uma bola de beisebol em sua mão.
Se você arremessar a bola de beisebol, seu corpo vai reagir indo para o lado oposto ao da bola. O que controla a velocidade com a qual seu corpo se afasta é o peso da bola que você arremessa e a quantidade de aceleração aplicada a ela. A massa multiplicada pela aceleração é igual à força (f = m * a). Qualquer que seja a força aplicada à bola de beisebol, ela será equalizada por uma força de reação idêntica aplicada a seu corpo (m * a = m * a). Então, vamos dizer que a bola tenha 0,5 kg e seu corpo e o traje espacial juntos tenham 50 kg. Você arremessa a bola a uma velocidade de aproximadamente 10 m/s (36 km/h). Isso quer dizer que você acelera a bola de beisebol de 0,5 kg com seu braço para que ela ganhe uma velocidade de 36 km/h. Seu corpo reage, mas ele tem 100 vezes mais massa do que a bola. Portanto, ele se afasta a um centésimo da velocidade da bola de beisebol ou a 0,1 m/s (0,36 km/h).

Se você quiser gerar mais empuxo para sua bola de beisebol, tem 2 opções: aumentar a massa ou aumentar a aceleração.

Você pode arremessar uma bola mais pesada, atirar várias bolas uma após a outra (aumentando a massa) ou arremessar a bola mais rápido (aumentando sua aceleração). Mas isso é tudo o que você pode fazer.


(Foto: Uma câmera a distância capta uma vista em primeiro plano do motor principal do ônibus espacial durante um teste de ignição no Centro Espacial John C. Stennis, em Hancock County, Mississippi, nos EUA .)

O motor de foguete geralmente está jogando massa na forma de um gás a alta pressão. O motor joga a massa de gás para fora em uma direção para obter uma reação no sentido oposto. A massa vem do peso do combustível que o motor do foguete queima. O processo da combustão acelera a massa do combustível, de forma que saia do bico do foguete em alta velocidade. O fato de que o combustível se transforma de sólido ou líquido em gás quando queima não altera sua massa. Se você queimar 0,5 kg de combustível de foguete, 0,5 kg de descarga sai pelo bico na forma de gás em alta temperatura e velocidade. A forma é alterada, mas a massa não. O processo de combustão acelera a massa.

Combustiveis de Foguetes

Ao contrário dos automóveis, que são movidos pelo calor gerado dentro do motor, os veículos espaciais são movidos pelo impulso gerado pelos gases produzidos durante a combustão. E ao contrário dos automóveis, as naves precisam levar tanto o combustível quanto o oxidante. Em um ônibus espacial, aqueles dois foguetes laterais que podemos ver durante o lançamento estão cheios de combustível sólido. Esse combustível é formado por alumínio em pó (o combustível), perclorato de amônio (o agente oxidante, que também é um combustível) e óxido de ferro III (um catalisador). Estas substâncias são misturadas a um polímero e formam uma pasta, que é então injetada dentro dos tanques dos foguetes. Durante a decolagem de uma nave, uma das reações que ocorre é:


Fe2O3
3 NH4CLO4(s) + 3 Al(s) Al2O3(s) + AlCl3(s) + 6 H2O(g) + 3 NO(g)

Quando estes tanques ficam vazios,cerca de 3 minutos após a decolagem, eles são ejetados e uma equipe de resgate recupera-os no mar, para utilizá-los em missões futuras.

Depois de serem ejetados, entra em operação os motores da nave e eles passam a queimar o combustível que fica armazenado naquele tanque laranja, preso embaixo do ônibus espacial. Dentro desse tanque ficam armazenados hidrogênio e oxigênio líquidos, que quando queimam produzem vapor de água:


2 H2(l) + O2(l) 2 H2O(g)

Nas viagens à Lua, as naves das missões Apollo usaram outros tipos de combustíveis, pois hidrogênio e oxigênio são muito efusíveis, e os motores movidos à combustíveis sólidos têm o problema de serem difíceis de desligar e religar. Eram usados então dois líquidos, uma mistura de derivados de hidrazina (predominantemente metil hidrazina) e N2O4, que quando queimavam produziam um enorme volume de gás:


4 CH3NHNH2(l) + 5 N2O4(l) 9 N2(g) + 12 H2O(g) + 4 CO2(g)

Os combustíveis espaciais são geralmente perigosos. A metil hidrazina é um veneno mortal e o N2O4 é muito reativo, sendo armazenado em tanques resistentes à corrosão.

Partes de um Foguete

Satélites

Quando os primeiros projetos “Homem no Espaço”, Mercury e Gemini, fotografaram pela primeira vez a Terra em órbita, planos foram criados para observar, registrar e aprimorar a utilização de satélites orbitais a longo prazo. Desde então, numerosos observatórios foram instalados na órbita de nosso planeta, registrando desde a química atmosférica até a topografia dos oceanos.

Primeiros satélites meteorológicos da NASA

Durante os anos 50, os meteorologistas especularam sobre a possibilidade de utilizar satélites para capturar imagens dos fenômenos atmosféricos. Em 1958, foi iniciado o projeto TIROS (Satélite de Observação de Televisão Infra-Vermelho), e em 1960, a NASA lançou o primeiro satélite meteorológico do mundo. A primeira imagem enviada pelo TIROS 1 anunciou uma era revolucionária para a previsão do tempo e as observações da Terra.
Durante sua curta vida de 78 dias, as câmeras do TIROS 1 fotografaram uma tempestade tropical, o sistema de nuvens de um grande ciclone tropical no Golfo do Alasca e as condições da calota de gelo no Golfo de São Lourenço.

Landsat – A revolução dos satélites de observação terrestre

O programa Landsat testemunhou o lançamento do primeiro satélite de observação terrestre a orbitar o planeta, o Landsat 1, em 1972. Durante 36 anos, cinco outros satélites coletariam mais informações sobre a Terra, alimentando um enorme banco de dados. As imagens captadas do espaço, a partir de uma posição vantajosa, destacaram a geologia, hidrologia, silvicultura, geografia, cartografia e agricultura. As informações espectrais sobre a superfície da Terra geraram um arquivo histórico sobre a influência do homem sobre o planeta e os fenômenos naturais que, por sua vez, afetam a humanidade.

O programa Earth Science Enterprise e o Sistema de Observação da Terra

O programa Earth Science Enterprise tem como meta: “Observar, entender e modelar o sistema da Terra para descobrir como ele está mudando e quais são as conseqüências para a vida no planeta”.
O Sistema de Observação da Terra (EOS) é um elemento importante deste projeto. É um programa que engloba numerosas missões de observação permanente da Terra por meio de satélites. O satélite principal do programa foi lançando em 1997. Atualmente, ele se encarrega de coordenar 19 satélites que observam permanentemente nosso planeta.

Pioneiros

Apesar de lançamentos espaciais hoje parecerem corriqueiros, ser astronauta ainda é uma profissão perigosa e exigente.

Missões: MA-9 (Faith 7), Gemini 5 Realizações: Cooper orbitou a Terra 22 vezes, e permaneceu 34 horas, 19 minutos e 49 segundos no espaço, mais do que todos os cinco astronautas anteriores da Mercury juntos.

Vôos Orbitais Tripulados

As missões mais emocionantes da NASA foram os vôos tripulados, com riscos inerentes para os tripulantes, mas com a promessa pioneira de explorar uma nova fronteira.


Mercury
As primeiras missões tripuladas em órbita da NASA pretendiam testar a habilidade do homem em atuar no espaço.


Gemini
As missões Gemini foram a ponte entre os primeiros passos da Mercury e as ambições do programa Apollo.

Atividades em Órbita

A atividade da NASA em órbita ampliou significativamente o conhecimento em muitas áreas. Aprendemos mais sobre nós mesmos e sobre nosso planeta, e a tecnologia desenvolvida foi aproveitada em um enorme número de aplicações.

obs: do macro ao micro!!

DoMacroaoMicro

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Aviões X

O Centro de Pesquisa de Vôo Dryden da NASA é o berço histórico do programa do Avião X. Originalmente, os Aviões X (de “eXperimental Supersonic”) eram aeronaves experimentais construídas somente para pesquisas de vôo. Testes de vôo ainda ocorrem no Deserto do Mojave, já que oferece condições de vôo e visibilidade perfeitas.

O primeiro avião X foi o Bell X-1, famoso pelo histórico vôo de Chuck Yaeger, que quebrou a barreira do som em 14 de outubro de 1947.

Os anos de 1960 assistiram ao nascimento de uma série de aeronaves experimentais em Dryden. O X-20A Dyna-Soar era um avião com face triangular, projetado para lançar em órbita um foguete Titan II.

O projeto pré-NASA pretendia projetar um bombardeiro que pudesse entrar e sair da atmosfera e então atingir seu alvo virtualmente sem enfrentar oposição. Ele retornaria e planaria até um aeroporto.

Um protótipo não-voador completou extensos testes pré-vôo em um túnel aerodinâmico, e seis pilotos, incluindo Neil Armstrong, começaram seu treinamento em 1961. No entanto, o projeto foi descontinuado em 1963 depois de uma feroz competição por recursos para o Projeto Gemini, entre outros.

Apesar do Programa X-20 nunca ter sido completado e nenhum protótipo ter sido construído, grande parte do trabalho do projeto foi reaproveitado no Programa do Ônibus Espacial.

Antenas de Rádio

Além dos satélites de comunicação, a NASA desenvolveu receptores de rádio em terra para detectar seus sinais. Em 1958, a grande e direcionável Antena Horn foi construída para receber sinais retransmitidos pelo satélite Echo, em órbita ao redor da Terra.

Em 1965, enquanto utilizavam a Antena Horn, os cientistas Penzias e Wilson acidentalmente descobriram a radiação cósmica de microondas de fundo, a marca vestigial do Big Bang e da rápida expansão do universo que se seguiu.

Inicialmente, Penzies e Wilson confundiram o sinal com uma interferência supostamente provocada pelas fezes de pombos que viviam dentro da antena. Mas na verdade, a dupla havia feito uma das mais significativas descobertas cosmológicas do século XX.

Satélites de Comunicação

Em outubro de 1945, o artigo de Arthur C Clarke "Retransmissões Extraterrestres: Módulos Espaciais Podem Dar Cobertura Mundial de Rádio?" foi publicado na revista Wireless World. Ele teorizava sobre satélites geoestacionários que, ao orbitar a Terra a cada 24 horas, poderiam retransmitir mensagens enviadas a eles, de um ponto a outro da Terra.

Hoje, a “aldeia global” é descendente direta da teoria de Clarke. A NACA começou a trabalhar com experimentos de telecomunicações no fim dos anos de 1950, e a NASA deu continuidade a esta linha de pesquisa nos anos de 1960.

Em 1958, os Estados Unidos lançaram o primeiro satélite de comunicações (SCORE). O Projeto Echo vei em seguida, em 1960, quando o Echo 1 se tornou o primeiro satélite de comunicações passivas. Ele era enorme, um balão de 2 metros e meio que, ao ser posicionado na órbita terrestre baixa, refletia sinais transmitidos a ele de volta para a Terra.

O satélite retransmissor Telstar, lançado em 1962, tornou-se o primeiro satélite a transmitir imagens ao vivo do mundo, televisionando a cerimônia do revezamento da tocha nos Jogos Olímpicos de Tóquio de 1964.

Em 1965, o Intelsat 1, conhecido como "Early Bird", foi lançado. Foi o primeiro satélite de comunicações comercial. Posicionado sobre o Atlântico, o Early Bird transmitiu sinais de TV bidirecionais entre a Europa e a América do Norte pela primeira vez.

Satélites na órbita da Terra

A NASA reagiu ao sucesso do Sputnik lançando vários satélites em órbita ao redor da Terra. O primeiro foi o Explorer 1, equipado com um detector de raios cósmicos.

Os dados do Explorer 1 foram usados para identificar os cinturões de radiação de Van Allen e o impacto dos micrometeoritos. Em 1970, depois de mais de 58.000 órbitas, o Explorer 1 se incendiou na atmosfera da Terra.

Depois do sucesso inicial dos satélites Explorer, a NASA enfrentou uma onda de fracassos com as sondas Pioneer. Além disso, os soviéticos haviam lançado com sucesso sua primeira sonda, Lunar 2, para explorar a Lua.

A NASA teve de esperar até 1958 e 1959 para que as Pioneers 3 e 4 transmitissem com sucesso dados de radiação e imagens da superfície lunar para a Terra. Este sucesso tardio alimentou a imensa ambição da NASA de levar o primeiro homem à Lua.

Origem da NASA

A criação do Sputnik foi apenas mais um projeto de engenharia para a equipe soviética que o construiu. Mas como o gênio alemão dos foguetes, Wernher von Braun, começou a trabalhar para os norte-americanos e estava ansioso para ser o primeiro a criar um satélite que orbitasse a Terra, os soviéticos secretamente trabalharam em sua versão rival.

No entanto, apenas dois dias antes do lançamento, o projeto ultra-secreto quase fracassou. Os técnicos descobriram que métodos incorretos de soldagem haviam afrouxado um contato na bateria de vôo. O erro foi rapidamente corrigido, e o Sputnik foi lançado em órbita com sucesso em 4 de outubro de 1957.

O satélite de alumínio de cerca de 60cm passou despercebido sobre os Estados Unidos duas vezes antes que os soviéticos anunciassem sua conquista tecnológica para o mundo. Rastreado por entusiasmados radioamadores por toda a América, o Sputnik emitia “bipes” distantes enquanto orbitava o planeta.

Alarmado com esta demonstração de supremacia científica, o Congresso norte-americano passou a se concentrar em suas próprias ambições espaciais. Historicamente, a pesquisa de mísseis era conduzida pela Força Aérea dos EUA (USAF), e a pesquisa aeronáutica ficava a cargo da NACA, Comissão Nacional de Assessoria Aeronáutica.

A crise do Sputnik provocou uma reação rápida e imediata na forma do National Aeronautics and Space Act. Assinada pelo Presidente Eisenhower, a lei criou uma nova agência federal para realizar todas as atividades não-militares no espaço.

A NASA foi criada em 29 de julho de 1958, e imediatamente se concentrou em vôos espaciais tripulados. Gerada ao longo de 43 anos de bem-sucedidas pesquisas aeronáuticas, a NASA discretamente substituiu sua antecessora, a NACA, mas a nova agência possui objetivos muito diferentes e um âmbito muito mais amplo.