Foguetes: como surgiram e de que modo funcionam? Entenda!

04/07/2021 às 10:00

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Imagem: Fonte: Kindel Media/Pexels/Reprodução.

Enquanto "pegar carona em uma cauda de cometa" só é possível na música do grupo infantil Balão Mágico, foguetes são a forma possível para os humanos explorarem o espaço. Entenda como eles funcionam nesse guia, que foi publicado originalmente para a revista All About Space.

Como o foguete foi criado?

Inicialmente usados como armas de guerra ou fogos de artifício, os foguetes geram uma força em uma única direção, chamada de empuxo. Esses veículos espaciais usam o princípio de ação e reação: gases de escape liberados por produtos químicos explosivos são empurrados para fora da parte traseira do foguete em alta velocidade e, como resultado, este é empurrado na outra direção, independentemente de qualquer meio circundante. A NASA explica tudo nesta cartilha.

Colocando foguetes em órbita

A chave para usar foguetes no espaço é transportar uma substância química chamada oxidante, que pode desempenhar o mesmo papel que o oxigênio do ar na Terra e permitir que o combustível queime. Foi o cientista amador russo Konstantin Tsiolkovsky quem identificou o lançamento como um dos maiores desafios: o foguete deve carregar combustível e oxidante para chegar ao espaço, pois seu peso está no máximo e uma grande quantidade de empuxo é necessária para colocá-lo em movimento.

À medida que o foguete avança, ele perde massa por meio de seu escapamento, então seu peso é reduzido, e a mesma quantidade de empuxo terá um efeito maior em termos de acelerar o resto do foguete. Tsiolkovsky concluiu que a configuração mais eficiente era um veículo lançado verticalmente com vários "estágios" – cada um deles com um foguete independente que poderia carregar os estágios acima dele por uma certa distância antes de esgotar seu combustível, desprendendo-se e caindo longe.

Tsiolkovsky percebeu que os propelentes de foguetes explosivos de sua época eram muito ineficientes para alimentar um foguete espacial e argumentou que os combustíveis líquidos e oxidantes, como hidrogênio e oxigênio líquidos, seriam necessários para alcançar a órbita e além. Embora ele não tenha vivido para ver seu trabalho reconhecido, seus princípios ainda sustentam os foguetes modernos.

Como os foguetes voam?

Os foguetes devem equilibrar e controlar delicadamente forças poderosas para atravessar a atmosfera da Terra e chegar ao espaço, pois geram impulso usando uma explosão controlada. Os gases em expansão são empurrados para fora da parte de trás do foguete por meio de um bico. O escapamento de formato especial canaliza o gás quente de alta pressão criado pela combustão em um fluxo que escapa da parte de trás do bocal em velocidades hipersônicas, mais de cinco vezes a velocidade do som.

Segundo a Terceira Lei do Movimento de Isaac Newton, toda ação tem uma reação igual e oposta, assim a força de "ação" que empurra o escapamento do bocal do foguete deve ser equilibrada por uma força igual e oposta que empurra o foguete para a frente. Essa força atua na parede superior da câmara de combustão, mas como o motor do foguete é parte integrante de cada estágio, podemos imaginá-la atuando no foguete como um todo.

À medida que o foguete ganha velocidade, é fundamental manter a direção do movimento alinhada com a direção do empuxo (ajustes graduais são necessários para direcionar o foguete a uma trajetória orbital, porque um desalinhamento severo pode fazer o foguete girar fora de controle). Para isso, eles usam motores.

Motores de foguete

A maioria dos foguetes, incluindo as séries Falcon, Titan e o foguete lunar Saturn V, dirige usando motores montados de forma que possam girar e variar a direção de seu impulso. Outras opções de direção incluem o uso de palhetas externas – para desviar os gases de escape conforme eles saem do motor do foguete – e motores auxiliares, como pequenos foguetes de propulsão montados nas laterais do foguete principal.

Viagens interplanetárias

O 1° estágio de qualquer voo espacial é o lançamento da Terra para uma órbita relativamente baixa, em torno de 200 quilômetros acima. Lá, a gravidade é quase tão forte quanto na superfície, mas o atrito da atmosfera superior é baixo, então, se o estágio superior do foguete estiver se movendo rápido o suficiente, ele pode manter uma trajetória estável – circular ou elíptica – em que a força da gravidade e a tendência natural do veículo de voar em linha reta se anulam.

Para viajar além dessa órbita baixa da Terra, é preciso um aumento na velocidade, até atingir a velocidade de escape, aquela em que o foguete não pode mais ser puxado pela gravidade do nosso planeta. A queima crítica usada para escapar para o espaço interplanetário é geralmente feita quando a espaçonave está perto do perigeu.

Para enviar uma espaçonave de um planeta para outro com requisitos mínimos de Delta-v (uma medida da quantidade de impulso), é preciso injetá-la em uma órbita elíptica ao redor do Sol, chamada de órbita de transferência de Hohmann. Assim, a espaçonave viaja ao longo de um segmento do caminho elíptico que se assemelha a uma trilha em espiral entre as órbitas dos dois planetas, sem requerer mais impulso ao longo de sua jornada.

Chegando ao destino

Ao chegar em seu objeto-alvo, o foguete pode usar apenas a gravidade para entrar em sua órbita final ou pode exigir uma explosão de impulso na direção oposta, geralmente realizada simplesmente girando a espaçonave no espaço e disparando o motor, antes que possa atingir uma órbita estável.

E você, teria coragem de viajar em um foguete, agora que sabe como ele funciona?!