COMO MISSILE WORKS

COMO FUNCIONA UM FOGUETE

Empuxo e foguetes movidos a combustível sólido

A "força" de um motor de foguete é chamada de empuxo. O empuxo é medido em "libras de empuxo" nos Estados Unidos e em Newtons (N) no sistema métrico (4,45 N de empuxo equivalem a 1 libra de empuxo). Uma libra de empuxo (4,45 N) é a quantidade que seria necessária para manter um objeto de 0,45 kg estacionário contra a força da gravidade da Terra (a aceleração da gravidade, em aproximação grosseira, é de 10 metros por segundo a cada segundo (10 m/s2), ou 36 km/h por segundo. Se você estivesse flutuando no espaço com um saco de bolas de beisebol e atirasse uma bola por segundo à velocidade de 36 km/h, elas estariam gerando o equivalente a quase uma libra de empuxo, ou 4,45 N. Se você atirasse as bolas a 72 km/h geraria quase 9 N de empuxo. Se você as arremessasse a 3.600 km/h (talvez atirando-as por meio de uma máquina), você estaria gerando perto de 45 N de empuxo, e assim por diante.

Um dos problemas curiosos que os foguetes têm é que os objetos que o motor deverá lançar na realidade têm um peso, e o foguete tem que carregar esse peso junto. Então, digamos que você deseje gerar 45 N de empuxo por uma hora, lançando uma bola de beisebol a cada segundo a uma velocidade de 3.600 km/h. Isso significa que você tem que começar com 3.600 bolas de meio quilo (são 3.600 segundos em uma hora), ou 1.800 kg de bolas. Uma vez que você só pesa 50 kg em seu traje espacial, pode ver que o peso de seu "combustível" é muito mais alto que o peso da carga a bordo (você). Na realidade, o combustível pesa 36 vezes mais que a carga a bordo. E isso é muito comum. Essa é a razão porque você tem de ter um foguete gigantesco para lançar uma pessoa no espaço - é necessário carregar muito combustível.

Ônibus espacial

Você pode ver a equação do peso muito claramente no ônibus espacial. Se você já teve a oportunidade de ver o lançamento do ônibus espacial, sabe que existem 3 partes:

a nave espacial

o grande tanque externo

os dois propulsores de foguetes sólidos (SRBs)

A nave espacial pesa 75 mil quilos vazia, o tanque externo pesa 35.500 quilos vazio e os 2 propulsores dos foguetes sólidos pesam 84 mil quilos cada um vazios. Mas é necessário carregá-los de combustível. Cada SRB armazena 500 mil quilos de combustível. O tanque externo armazena 541 mil litros de oxigênio líquido (617 mil quilos) e 1.500.000 litros de hidrogênio líquido (102.500 quilos). O veículo completo - ônibus espacial, tanque externo, propulsores dos foguetes sólidos e todo o combustível - tem o peso total de 2.000.000 quilos no lançamento. 2.000.000 quilos para obter 75 mil quilos em órbita é uma bela diferença. Para ser justo, o ônibus espacial também pode transportar uma carga útil de 29.500 quilos (até 4,5 x 18 metros de dimensão), mas ainda assim é uma grande diferença. O combustível pesa quase 20 vezes mais que o ônibus espacial.

Todo esse combustível está sendo lançado pela parte traseira do ônibus espacial a uma velocidade de quase 9.600 km/h (as velocidades usuais para foguetes vão de 8 mil a 16 mil km/h). Os SRBs queimam por aproximadamente 2 minutos e geram cerca de 15.000.000 de N de empuxo cada um no lançamento. Os 3 motores principais (que usam o combustível no tanque externo) queimam por aproximadamente 8 minutos, gerando quase 1.700.000 N de empuxo cada um durante a combustão.

Foguetes de combustível sólido: mistura de combustível

Os motores para foguetes movidos a combustível sólido foram os primeiros motores criados pelo homem. Inventados há centenas de anos na China, têm sido muito usados desde então. A frase a respeito do "fulgor vermelho do foguete" mencionada no Hino Nacional dos Estados Unidos (escrito em 1800) refere-se a pequenos foguetes militares movidos a combustível sólido usados para lançar bombas ou dispositivos incendiários. Como você pode ver, os foguetes já são usados há muito tempo.

A idéia por trás de um simples foguete movido a combustível sólido não tem segredos. O que você deseja é criar alguma coisa que queime bem rápido, mas sem explodir. Como você já deve saber, a pólvora explode. A pólvora é feita de 75% de nitrato, 15% de carbono e 10% de enxofre. Com relação a um motor de foguete, você não quer que ele exploda - e sim que a potência seja liberada de maneira uniforme em um determinado período. Portanto, é possível alterar a mistura para 72% de nitrato, 24% de carbono e 4% de enxofre. Nesse caso, no lugar da pólvora, consegue-se um simples combustível para foguetes. Esse tipo de mistura queimará muito rapidamente, e não irá explodir se for carregada adequadamente. Veja abaixo um corte transversal característico:

Foguete alimentado por combustível sólido

I Imediatamente antes e depois da ignição

No lado esquerdo, você tem o foguete antes da ignição. O combustível sólido é mostrado em verde. Ele é cilíndrico, com um tubo furado no meio. Quando você acende o combustível, ele queima ao longo da parede do tubo. Ao queimar, começa pelo lado externo em direção à carcaça até que todo o combustível tenha sido queimado. Em um motor de foguete-modelo ou em uma minúscula garrafa-foguete, a combustão pode durar um segundo ou menos. Em um SBR do ônibus espacial contendo perto de 500.000 quilos de combustível, a combustão demora aproximadamente 2 minutos.

Foguetes de combustível sólido: configuração do canal

Quando você lê a respeito dos foguetes de combustível sólido avançados como a carga auxiliar para foguetes movidos a combustível sólido do ônibus espacial (em inglês), freqüentemente lê coisas do tipo:

A mistura do propelente em cada motor de SRB consiste em per clorato de amônia (oxidante, 69,6%, por peso), alumínio (combustível, 16%), óxido de ferro (um catalisador, 0,4%), um polímero (uma liga que mantém a mistura unida, 12,04%) e um agente de cura de epóxi (1,96%). O propelente é uma perfuração em formato de estrela de 11 pontas no segmento do motor à frente e uma perfuração de cone truncado duplo em cada segmento da popa e clausura mento da popa. Essa configuração fornece alto empuxo na ignição e depois reduz o empuxo em aproximadamente um terço 50 segundos após a decolagem, para evitar a sobrecarga do veículo durante a pressão