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.