Pesquisador alemão desenvolve motor de plasma que utiliza o ar da atmosfera como combustível para satélites

Um pesquisador da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, desenvolveu um motor de plasma capaz de utilizar o ar rarefeito da alta atmosfera como propelente. A tecnologia, detalhada por Francesco Romano em sua tese de doutorado no arXiv, visa permitir que satélites permaneçam por períodos prolongados em órbitas terrestres muito baixas, solucionando a dependência de combustíveis finitos, como o xenônio.

O sistema baseia-se na propulsão elétrica que "respira" a atmosfera (Air-Breathing Electric Propulsion - ABEP). Em vez de carregar todo o combustível da Terra, a nave utiliza uma tomada frontal para capturar moléculas presentes em altitudes entre 100 e 450 km. Esse gás é processado por um propulsor elétrico, transformado em plasma e expelido em alta velocidade, convertendo as partículas que normalmente causariam atrito e perda de altitude em impulso para a nave.

Superação de barreiras técnicas e oxidação

Um dos principais obstáculos para motores convencionais nessas altitudes é o oxigênio atômico, resultante da quebra de moléculas de oxigênio pela radiação ultravioleta. Devido ao seu alto poder oxidante, esse elemento tende a degradar cátodos, rejillas e eletrodos.

Para mitigar esse problema, Romano projetou um propulsor helicoidal de radiofrequência que opera sem neutralizador e sem contato, eliminando os componentes mais vulneráveis. O dispositivo foi adaptado para lidar com a variação de densidade atmosférica, que oscila conforme a atividade solar, o ciclo dia-noite e a latitude.

Eficiência de captação e design

O pesquisador avaliou três métodos para a introdução do gás disperso no motor. O modelo mais eficiente consistiu em uma tomada espelhada com geometria parabólica, revestida de dióxido de silício ou grafite. Os resultados foram:

• Eficiência de captação: próxima de 94,3% em testes com nitrogênio, argônio e oxigênio atômico.
• Estabilidade: mesmo com uma inclinação de 15 graus em relação ao fluxo, a perda de eficiência foi de apenas oito pontos percentuais.

Funcionamento e viabilidade energética

A arquitetura do motor utiliza uma antena de tipo "galinha" para transferir energia de radiofrequência ao plasma, enquanto um solenoide cria o campo magnético que direciona o jato de saída, em um sistema inspirado em aparelhos de ressonância magnética. Testes em câmara de vácuo mostraram correntes de plasma estáveis com potência de radiofrequência entre 50 e 60 W, com 99% da energia elétrica fornecida atingindo o propulsor.

Cálculos indicam que a tecnologia poderia manter um satélite em órbita entre 190 e 250 km de altitude com um consumo inferior a 1,6 kW, demanda que pode ser suprida por painéis solares.

O modelo foi aplicado hipoteticamente ao satélite GOCE — que encerrou sua missão após o fim de seu estoque de xenônio — e também foi estudado para uso em Marte, onde poderia aproveitar a atmosfera de dióxido de carbono entre 120 e 160 km de altitude. Atualmente, a tecnologia permanece em fase experimental, com a necessidade de validar se o funcionamento observado em laboratório é capaz de sustentar uma nave real em missões prolongadas.