Os micro-foguetões são a próxima sensação no crescente mercado dos satélites

A vida contemporânea dificilmente seria possível sem os satélites. Muito do que as pessoas fazem atualmente na Terra depende, em grande medida, do que se passa por cima das suas cabeças - desde monitorizar incêndios florestais, a desflorestação e a temperatura da superfície do mar até permitir ligações a novas tecnologias móveis como o 5G em áreas de difícil acesso.

A recente onda de satélites em miniatura mais baratos que estão a ser enviados para órbitas baixas de 500 a 1000 quilómetros acima da Terra por empresas como a SpaceX de Elon Musk e a OneWeb, sediada no Reino Unido, assinala uma tendência crescente.

Menos é mais

Alguns destes seguem toda a massa terrestre do globo e fornecem detalhes sem precedentes. Estes satélites podem ser do tamanho de uma caixa de sapatos ou mesmo mais pequenos. Espera-se que, em média, sejam lançados todos os anos mais de 2 500 ao longo da próxima década.

Para chegarem ao espaço de forma económica, por vezes, os satélites pequenos têm de apanhar boleia dos foguetões grandes. O desenvolvimento de foguetões mais pequenos poderá permitir um acesso mais rápido e personalizado ao espaço, abrindo o mercado a uma gama mais vasta de fornecedores especializados.

"Os satélites pequenos podem viajar em grandes veículos de lançamento, mas há problemas como o tempo até à órbita, porque é preciso reservar uma faixa horária com muita antecedência e ir exatamente para onde os satélites precisam de ir», disse Xavier Llairó, diretor comercial e cofundador da Pangea Aerospace em Barcelona, Espanha. «As empresas que os estão a lançar precisam de acesso personalizado ao espaço". O projeto RRTB financiado pela UE e liderado pela Pangea, tem vindo a investigar formas rentáveis de colocar no espaço pequenos foguetões que podem transportar até 500 quilogramas de carga. A esperança é ter um motor pronto para descolar até 2025.

O essencial é encontrar formas de reutilizar estes micro-lançadores, minimizando o impacto que sofrem na reentrada na atmosfera terrestre e permitindo-lhes aterrar em segurança. Tal seria mais ecológico do que utilizar os veículos de lançamento apenas uma vez.

"Através da reutilização, é possível reduzir o investimento, utilizar menos meios de produção e ter uma maior frequência de lançamento", afirma Llairó.

Atualmente, a Europa não dispõe de um método comprovado para o fazer, de acordo com o RRTB, que termina este mês após três anos.

Primeira secção

O RRTB concentrou-se na reutilização da primeira secção, ou estágio, do foguetão, localizada na sua base. Esta secção fornece a maior parte do impulso logo após o lançamento, antes de se desacoplar e

cair de volta na Terra, muitas vezes no oceano. Com uma carga mais leve, os outros estágios do foguetão avançam para levar a sua carga para a órbita.

No entanto, o primeiro estágio pode ser danificado durante a sua descida a alta velocidade através da atmosfera terrestre e também pela água do mar. As dificuldades e os custos de recuperar e devolver o foguetão ao local de lançamento podem representar um nível de trabalho que não é compensatório.

Segundo Llairó, a resposta é encontrar uma forma de o primeiro estágio reentrar na atmosfera terrestre em segurança e aterrar numa base de acoplamento perto do local de lançamento ou numa barcaça flutuante.

Ao mesmo tempo, a conceção do foguetão deve permitir-lhe transportar uma carga útil suficientemente grande para tornar a operação economicamente viável.

Para encontrar formas de reduzir os danos dos micro-lançadores durante a reentrada na atmosfera terrestre e a aterragem, a equipa do RRTB testou um modelo em escala reduzida de um foguetão pequeno num túnel de vento.

Idealmente, o objetivo para os veículos de lançamento mais pequenos, segundo Llairó, é evitar que os motores disparem para a reentrada. Tal, permitiria aos veículos de lançamento transportar uma carga útil inicial maior, reduzindo o peso do combustível que precisam de transportar.

Nova tubeira

A equipa teve dificuldades quando o foguetão tinha uma tubeira tradicional em forma de sino à volta do motor, mas descobriu resultados mais promissores com uma em forma de cone. Esta tubeira "aerospike" ajuda a distribuir o calor de forma a diminuir o impacto que o veículo recebe.

"Torna a entrada na atmosfera mais suave", afirma Llairó. "Isto é válido não só para os veículos de lançamento pequenos, mas também para os maiores. Foi uma descoberta inesperada porque, inicialmente, não era o que procurávamos".

Embora os aerospikes também consumam menos combustível do que os motores convencionais, Llairó afirmou que, até à data, estes benefícios têm sido compensados pela complexidade e pelos custos de engenharia, incluindo as dificuldades com o arrefecimento. No entanto, técnicas como a impressão 3D, que está a ser aproveitada pela Pangea, estão a torná-los mais viáveis.

Entretanto, segundo refere, o motor que a equipa pretende utilizar basear-se-á em metano de origem biológica como propulsor.

Também se está a tentar tornar as peças individuais dos foguetões mais reutilizáveis, por exemplo, com material à base de alumínio para os depósitos de combustível.

Pronto para o lançamento

Ao passo que o RRTB se concentrou na reutilização de foguetões, a empresa aeroespacial Orbex, do Reino Unido, prepara-se para lançar o seu próprio micro-lançador leve e ecológico. No âmbito do projeto PRIME, financiado pela UE, a Orbex apresentou, em maio do ano passado, um protótipo do seu foguetão de 19 metros de comprimento - destinado a ser o primeiro micro-lançador completamente orbital da Europa para pequenos satélites.

O foguetão também foi concebido para ser reutilizável através da recuperação de peças que não ardem na atmosfera. Embora a empresa ainda não tenha revelado como o fará, um porta-voz da Orbex disse que o método seria «completamente novo».

A empresa espera que o foguetão Prime possa efetuar o seu primeiro lançamento este ano, mediante determinadas condições prévias, incluindo a concessão de uma licença de lançamento.

"Já vendemos uma série de slots de lançamento a fornecedores de satélites comerciais, mas ainda não anunciámos a data do nosso lançamento inaugural", afirmou Chris Larmour, diretor executivo da Orbex. Foi também coordenador do PRIME, que decorreu durante três anos, até junho de 2022.

Um foguetão mais ecológico

O foguetão utilizará combustível limpo de biopropano formado como um produto adicional na criação de biodiesel, que é feito a partir de fontes como óleos vegetais usados e óleo alimentar usado.

Este será combinado com oxigénio líquido, um "propulsor criogénico" - um gás arrefecido a uma temperatura abaixo de zero e condensado num líquido altamente combustível. Através destas medidas, o foguetão poderá reduzir as emissões de carbono até 96 % em comparação com veículos de lançamento de dimensão semelhante impulsionados a combustíveis fósseis.

"O Orbex Prime está destinado a ser o foguetão espacial mais ecológico do mundo, alimentado por um biocombustível renovável", afirmou Larmour.

Os depósitos de combustível são fabricados em fibra de carbono, que combina uma elevada resistência com um peso reduzido.

A Orbex estima que o Prime pese cerca de 30 % menos do que os veículos de lançamento tradicionais, permitindo o tipo de maior eficiência e desempenho cruciais para os pequenos satélites. Além disso, o foguetão foi concebido para não deixar quaisquer detritos na Terra e em órbita.

Na sua base de lançamento espacial em Sutherland, na costa norte da Escócia, a empresa espera poder lançar até 12 foguetões por ano. Prevê-se também que a base seja neutra em termos de emissões de carbono na sua construção e funcionamento.

A sua relativa proximidade com Glasgow ajudará a capitalizar a crescente indústria espacial da região, com a cidade a produzir mais satélites do que qualquer outra na Europa. A Orbex acredita que este será o cenário correto para ajudar os intervenientes da região a ganhar asas.

A investigação neste artigo foi financiada pela UE. Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE.