Propulsão Química: O Motor da Era Espacial

Há anos os foguetes e a exploração espacial são um tema recorrente na mídia, desde o final da década de 50 com a corrida espacial até os dias de hoje com as novas missões de exploração de grandes empresas do ramo espacial, além de filmes, séries, livros e obras da cultura sci-fy (science fiction). Mas como, pelo menos no mundo real, esses foguetes alçam voo? A propulsão química é a resposta na maioria dos casos, pois ela continua sendo a espinha dorsal da maioria das missões espaciais, desde lançamentos orbitais até testes suborbitais. Baseada na liberação de energia por meio de reações químicas, essa tecnologia se divide em três categorias principais: propulsão sólida, líquida e híbrida.

A propulsão sólida é a mais antiga e simples. Seu combustível e comburente, também chamado de oxidante, estão misturados em um material sólido que, ao ser inflamado, queima rapidamente e gera empuxo. É amplamente utilizada em foguetes militares, pirotécnicos e em estágios auxiliares de lançamento, como nos antigos ônibus espaciais da NASA. Sua principal vantagem é a confiabilidade e simplicidade, mas o controle durante o voo é limitado — uma vez aceso, não há como desligá-lo.

Já a propulsão líquida oferece maior controle e eficiência. Nela, o combustível e o oxidante são armazenados separadamente e injetados na câmara de combustão, onde reagem e geram empuxo. É o tipo usado em grandes lançadores orbitais, como o Falcon 9 da SpaceX ou o Ariane 5 europeu. Apesar da complexidade e necessidade de sistemas pressurizados, permite controle preciso do motor, incluindo desligamentos e reinicializações.

A propulsão híbrida busca o equilíbrio entre os dois mundos. Nesse sistema, um dos componentes — geralmente o combustível — está em estado sólido, enquanto o outro — normalmente o oxidante — é líquido ou gasoso. Ela oferece um bom nível de controle e segurança, sendo estudada em projetos educacionais, comerciais e até mesmo por agências espaciais.

Cada tipo tem suas aplicações e limitações, mas juntos compõem o núcleo da tecnologia que ainda hoje leva cargas úteis, sondas e até astronautas além da atmosfera terrestre. A propulsão química, mesmo após décadas de uso, continua a impulsionar nossos sonhos espaciais.

Os propelentes de foguetes comerciais podem variar dependendo do tipo de foguete, da missão e do fabricante.

Os mais usados em foguetes modernos, como os da SpaceX, Blue Origin, ULA e etc. são os propelentes líquidos, vistos a seguir:

1. LOX + RP-1 (Oxigênio Líquido + Querosene Refinado)

• Exemplo de uso: Falcon 9 (primeiro estágio), foguetes antigos como o Saturn V (primeiro estágio);

• Esse propelente é uma versão altamente pura do querosene de aviação (RP-1) com o oxigênio líquido (LOX), usado como oxidante;

2. LOX + LH2 (Oxigênio Líquido + Hidrogênio Líquido)

• Exemplo de uso: foguetes como o Delta IV e Space Launch System (SLS);

• Extremamente eficiente, mas o hidrogênio líquido é difícil de armazenar porque é muito frio e volátil;

3. Hipergólicos (ex: UDMH + N₂O₄)

• Dimetil-hidrazina assimétrica (UDMH) e tetróxido de nitrogênio (N₂O₄);
  
• Acendem em contato um com o outro (sem faísca);
  
• Muito tóxicos, mas são usados em satélites e em foguetes de manobra porque são confiáveis e podem ser estocados por muito tempo³.

Há também os propelentes sólidos, compostos de um agente oxidante e um agente combustível, ambos em fase sólida. São utilizados como suporte na propulsão dos foguetes (boosters auxiliares), como no Delta IV Medium, que utiliza grafite e compósito epóxi:

Propulsão química na EPTA: Onde estamos e onde queremos chegar.

Dentro da EPTA, a propulsão de nossos foguetes atuais é sólida. Estamos aperfeiçoando e aprimorando cada vez mais esse tipo de propulsão, porém não perdemos de vista as tendências dentro do foguetemodelismo. Dentro da área da pesquisa está sendo estudado desenvolver um motor-foguete híbrido movido a parafina e óxido nitroso. Tendo em vista que os componentes desse tipo de motor são mais custosos que um motor movido a propulsão sólida, primeiramente irá desenvolver-se um projeto teórico para que futuramente seja implementado em um de nossos foguetes.