Satélites inertes e detritos metálicos presos na órbita da Terra são cada vez mais um perigo iminente. Esta inovação poderá um dia resolver esse problema
O espaço está a ficar lotado - os seres humanos já colocaram mais de 20 mil satélites em órbita desde o início da era espacial e há planos para lançar milhares de outros nos próximos anos.
Alguns desses satélites já arderam na atmosfera ou caíram na Terra, muitas vezes no oceano, mas mais de 13 mil ainda lá estão. Cerca de um quinto está inativo, simplesmente em órbita como lixo espacial. Nas últimas duas décadas, centenas destes satélites mortos colidiram, criando milhões de pedaços de estilhaços.
Isto cria um risco constante de colisão para os satélites ativos e para a Estação Espacial Internacional - um problema tão grave que várias redes de vigilância em todo o mundo vigiam de perto milhares de objetos de maiores dimensões, para retirar as naves espaciais do caminho quando necessário.
O melhor de dois mundos
Os satélites necessitam de sistemas de propulsão por várias razões, incluindo a mudança para uma órbita diferente, para compensar o arrastamento atmosférico que desestabilizaria a órbita em que se encontram, para evitar detritos e, eventualmente, para sair de órbita.
Atualmente, a maioria dos sistemas de propulsão dos satélites são químicos ou elétricos, mas, segundo Stokes, ambos têm desvantagens: “A propulsão química tem um impulso muito elevado, mas a sua eficiência - ou os seus quilómetros por galão, se preferirmos - é muito fraca”, afirma. “Por outro lado, os sistemas de propulsão elétrica têm, atualmente, caraterísticas completamente opostas. Têm um impulso muito baixo, mas uma excelente eficiência, excelentes quilómetros por galão.”
As maiores ambições da humanidade para a economia espacial, incluindo a extração de asteroides, grandes constelações de satélites e a construção de estações espaciais em órbita estão, de acordo Stokes, fora de alcance por enquanto, porque estes sistemas de propulsão exigem um compromisso entre potência e eficiência - uma decisão que tem de ser tomada mesmo antes do lançamento do satélite.
“Estamos a construir o primeiro sistema deste tipo que tem o melhor dos dois mundos”, acrescenta. “É uma propulsão elétrica, mas tem uma melhoria de magnitude no impulso, com uma redução de magnitude no volume e na massa.”
A primeira encarnação do sistema Magdrive - denominado Warlock - deverá ser lançada em órbita em junho de 2025. Funciona através da criação de energia utilizando painéis solares a bordo, tal como os atuais sistemas de propulsão elétrica. Mas enquanto os sistemas elétricos atuais utilizam a energia para ionizar, ou detonar, um gás pressurizado - frequentemente um químico tóxico chamado hidrazina - o Magdrive utiliza-a para ionizar metal sólido.
“Isso tem muitas vantagens, como se pode imaginar”, diz Stokes. O metal é muito denso, o que significa que ocupa menos espaço a bordo do que um tanque contendo gás pressurizado. Isso, acrescenta, facilitaria a vida dos fabricantes de satélites, que consideram os tanques pressurizados “uma dor de cabeça”, uma vez que são difíceis de trabalhar e podem causar explosões em caso de rutura, enquanto o metal é inerte e não sofre qualquer degradação ao longo do tempo. Para já, o Magdrive utiliza cobre, escolhido por ser relativamente barato e estar amplamente disponível, embora qualquer metal sirva para o efeito, segundo Stokes.
Uma vez detonado, o metal é transformado em plasma extremamente quente e denso, ou gás eletricamente carregado. “O que se obtém é este plasma de cobre altamente energético a sair da parte de trás do propulsor”, continua Stokes, que move o propulsor na direção oposta.
Alimentado por lixo?
Para já, o sistema não pode ser reabastecido. No entanto, num futuro mais distante, Stokes acredita que o sistema poderá obter o seu combustível a partir de lixo espacial existente, recolhendo satélites mortos para obter metal que possa ser utilizado como propulsor - embora, para já, este plano seja apenas hipotético. “A vantagem disto é que poderemos fechar o ciclo da nova economia da era espacial utilizando recursos que já existem”, diz Stokes.
Stokes acrescenta que isso faria do Magdrive o único sistema de propulsão que não tem de levar sempre consigo o seu combustível. “Neste momento, cada satélite tem de trazer o seu propulsor da Terra, e isso é como construir um novo comboio de cada vez que se sai da estação”, afirma.
A empresa tem como objetivo a sua primeira implementação comercial no próximo ano, visando clientes com uma vasta gama de necessidades: “Estamos a construir uma peça de hardware normalizada que pode ser instalada a bordo de qualquer satélite - ou seja, praticamente qualquer pessoa em toda a indústria espacial”, explica Stokes. “Isto inclui uma variedade de aplicações diferentes, desde a observação da Terra à manutenção de satélites e às comunicações”, diz, e pode ser utilizado em satélites com peso entre 10 quilogramas (22 libras) e 400 quilogramas (880 libras).
Desafios significativos
De acordo com MinKwan Kim, professor associado de astronáutica na Universidade de Southampton, no Reino Unido, que tem estado envolvido em projetos de investigação e colaborações com o Magdrive, a utilização de combustível metálico sólido oferece um armazenamento e manuseamento simplificados em comparação com os propulsores gasosos ou líquidos. Permite um design simples que é particularmente adequado para a produção em massa, criando um caminho viável para as futuras megaconstelações que exigem o fabrico de satélites em grande escala.
“No entanto, a utilização de propulsores metálicos apresenta um desafio significativo: a contaminação da superfície, em particular dos painéis solares e dos sistemas óticos”, acrescenta. Uma vez que o plasma metálico é produzido durante o funcionamento, pode facilmente depositar-se nas superfícies, afetando potencialmente o desempenho global da nave espacial.
Stokes refere que, no sistema Magdrive, o combustível metálico é completamente consumido durante a reação, mas depois recombina-se naquilo a que chama “material inerte disperso”, o que, segundo ele, acarreta apenas um pequeno risco de contaminação das superfícies próximas devido à velocidade de saída das partículas - “nada que nos preocupe excessivamente por ir parar a outros componentes ou a outros satélites”.
Garantir uma geração de impulso fiável e consistente, diz Kim, representa outro desafio, particularmente para manobras precisas. Os ciclos de aquecimento e arrefecimento a que o combustível metálico é submetido durante a geração de impulso podem alterar a sua estrutura cristalina atómica, afetando o seu desempenho como propulsor. Para manter uma saída de impulso uniforme, seria necessário um sistema preciso de monitorização e controlo, o que aumentaria a complexidade do sistema.
Quanto à utilização de detritos espaciais como combustível, Kim considera que é teoricamente possível, mas existem desafios técnicos e regulamentares significativos. O primeiro é que, embora o lixo espacial possa parecer um recurso gratuito, o Tratado do Espaço Exterior (TEE) da ONU estabelece que a propriedade dos objetos lançados para o espaço permanece inalterada, mesmo que se transformem em detritos. Isto significa que é necessária a autorização do proprietário original antes de reciclar um satélite. Além disso, alguns satélites contêm dados sensíveis ou tecnologia proprietária, o que torna os proprietários relutantes em conceder acesso. Por último, o país lançador é responsável por quaisquer incidentes causados por um satélite reciclado, o que acrescenta mais uma camada de complexidade jurídica.
Depois há as questões práticas, diz Kim: “Os satélites desativados são incontroláveis e muitas vezes caem, o que torna a sua recuperação extremamente difícil. Capturá-los e protegê-los exige manobras complexas, uma tecnologia que ainda está a dar os primeiros passos”, afirma. Kim lembra que estes satélites não são feitos apenas de metal, mas também de materiais como o silício e os polímeros, o que é um problema porque a qualidade e a pureza do propulsor metálico têm um impacto direto no desempenho da propulsão, pelo que, sem um controlo rigoroso da composição do metal recolhido, seria difícil obter uma propulsão fiável e previsível.
“Como resultado, embora o metal derivado do lixo espacial possa ser adequado para manobras de não precisão, como a desorbitação, é pouco provável que seja viável para propulsão de alta precisão.”
