Pesquisadores da WVU exploram fontes alternativas para sistemas de propulsão espacial

Ripu Singh Nirwan, estudante de graduação da West Virginia University, e Thomas Steinberger, professor assistente de pesquisa na WVU Eberly College of Arts and Sciences, realizam o alinhamento inicial de um novo laser pulsado de nanossegundos, que desempenhará um papel em um projeto financiado pela NASA que testará alternativas fontes de combustível para sistemas de propulsão espacial. (Foto WVU/Nathaniel Godwin)

Os satélites e as naves espaciais estão vazios devido à escassez mundial de combustíveis de propulsão tradicionais. Em resposta, dois investigadores da Universidade de West Virginia estão à procura de formas alternativas de alimentar os propulsores que mantêm os satélites em órbita e que poderiam potencialmente conduzir naves espaciais profundas.

Earl Scime, Oleg D. Jefimenko professor de física e astronomia, e Thomas Steinberger, professor assistente de pesquisa, ambos na WVU Eberly College of Arts and Sciences, receberam uma doação de US$ 748.000 do Programa Estabelecido da NASA para Estimular Pesquisa Competitiva para explorar sistemas de propulsão que não dependem de fontes de combustível tradicionais.

O EPSCoR incentiva estados como a Virgínia Ocidental a buscar financiamento federal para desenvolver infraestrutura que os torne competitivos para financiamento futuro. Scime disse que ele e Steinberger estão aproveitando esta oportunidade para estabelecer as bases para a realização de experimentos com propulsores de plasma. Os propulsores de plasma são usados ​​para manter os satélites em órbita no caminho correto, fazer mudanças orbitais e corrigir a atitude de uma espaçonave.

Anos atrás, os propulsores das espaçonaves eram movidos por hidrazina, uma fonte propulsora tóxica e inflamável. Agora, a maioria é alimentada por um propulsor de plasma que utiliza xenônio, um gás inerte extraído da atmosfera terrestre.

“É um processo caro”, disse Scime. “Geralmente é feito como subproduto da fabricação de aço, e uma das maiores usinas de destilação do mundo para a produção de xenônio fica em Mariupol, na Ucrânia, que foi destruída. Uma grande fração do fornecimento mundial de xénon secou e é muito escasso.”

Uma alternativa ao xenônio é o criptônio, embora também seja difícil de encontrar, pois também foi produzido na Ucrânia. Além disso, uma grande fração foi comprada no mercado aberto pela SpaceX para os seus satélites Starlink. À medida que o criptônio se tornou escasso, o Starlink mudou para o argônio.

“A dependência de gases nobres raros para a propulsão de naves espaciais tornou-se um problema real”, disse Scime.

Para isso, ele e Steinberger têm estudado o iodo – que vem na forma sólida – como combustível alternativo.

“Tem algumas vantagens enormes”, disse Steinberger. “Você pode embalá-lo em um pequeno volume em uma espaçonave. Você não precisa de tanques de alta pressão ou manuseio de gás. Há alguns anos, nos interessamos pelo iodo, adquirimos alguns aparelhos para produzir plasmas de iodo da Força Aérea dos EUA e desenvolvemos um diagnóstico para medir o fluxo de íons de iodo. Agora estamos olhando para o próximo passo.”

A equipe de Scime foi pioneira na espectroscopia a laser em plasmas de iodo e desenvolveu a primeira maneira do mundo de medir a velocidade do iodo ionizado saindo de um propulsor.

“Propusemos à NASA testar propulsores baseados em iodo aqui usando nossas técnicas de laser, para que as pessoas possam ter uma maneira melhor de caracterizar os propulsores de iodo”, disse ele.

Como o iodo é confuso e pode causar problemas respiratórios em grandes câmaras de teste, Scime e Steinberger vão construir uma câmara menor e mais simples para desenvolver e aperfeiçoar a tecnologia de diagnóstico de propulsores iônicos que poderia então ser transportada para instalações maiores.

Embora a equipe esteja nas fases iniciais do projeto de três anos, eles pretendem desempenhar um papel no desenvolvimento de formas de medir se um propulsor está funcionando bem.

“Estamos construindo propulsores à base de iodo”, disse Scime. “Portanto, em 20 anos, esperamos ver muitos sistemas de propulsão de iodo em satélites, e talvez até em missões de longa duração a Marte. Esperamos ver esses tipos de propulsores em uso generalizado. E faríamos parte do processo para fazê-los funcionar bem.”

Nenhum outro grupo está conduzindo espectroscopia a laser em iodo ionizado, embora muitos estejam realizando pesquisas baseadas no trabalho de Scime e Steinberger.