Pesquisadores propõem uso de velas solares difrativas para desviar asteroides potencialmente perigosos

Pesquisadores da Universidade de Beihang propuseram um novo método para desviar asteroides potencialmente perigosos utilizando a tecnologia de velas solares difrativas. A proposta visa superar as limitações de energia e tempo de manobra observadas em missões anteriores, permitindo que um impactor atinja o alvo em uma direção oposta à sua órbita, o que multiplicaria drasticamente a força do impacto.

A limitação do impacto cinético convencional

A viabilidade de alterar a trajetória de um objeto celeste foi comprovada pela missão DART, que utilizou o impacto cinético para empurrar o asteroide Dimorphos. No entanto, a nave viajava na mesma direção do alvo, colidindo a uma velocidade de aproximadamente 6 km/s. Para que essa técnica seja eficaz em cenários críticos, seriam necessários anos de manobras orbitais complexas.

O princípio fundamental para o desvio de um asteroide é a transferência de energia, que aumenta com o quadrado da velocidade. Um impactor que se aproxime no sentido contrário ao movimento do asteroide — similar a veículos em sentidos opostos em uma rodovia — poderia atingir a velocidade de 100 km/s. Esse cenário resultaria em uma força por quilograma de massa cerca de 230 vezes superior à registrada na missão DART.

O desafio da órbita retrógrada

A principal dificuldade técnica reside no fato de que a Terra e a maioria dos objetos do sistema solar orbitam o Sol no sentido anti-horário. Inverter esse movimento para entrar em uma órbita retrógrada (sentido horário) exige uma quantidade de energia que foguetes químicos não conseguem prover, devido às limitações de combustível descritas pela equação de Tsiolkovski.

Como alternativa, as velas solares utilizam a pressão da radiação solar — a força transmitida por fótons ao atingirem a superfície — para navegar sem a necessidade de combustível convencional. Para realizar a inversão de órbita, a proposta baseia-se na "trajetória de inversão H", conceito sugerido pelo engenheiro Giancarlo Vulpetti na década de 1990. O processo consiste em:

1. Utilizar a vela como freio para anular o momento angular da nave.
2. Permitir que a gravidade solar atraia a nave em direção ao Sol.
3. Ativar a vela no periélio (ponto de máxima aproximação) para catapultar o objeto para o exterior em sentido oposto.

Inovação com velas solares difrativas

Embora missões como IKAROS e LightSail 2 tenham validado velas solares tradicionais, estas funcionam como espelhos, refletindo a luz no mesmo ângulo de chegada. Isso exige inclinações extremas para manobras complexas, reduzindo a área exposta ao Sol e a eficiência do empuxo.

A solução proposta pelos cientistas é a vela solar difrativa. Em vez de superfícies refletoras, esse modelo utiliza redes ópticas microestruturadas que difratam a luz lateralmente. Isso permite que a vela permaneça totalmente orientada para o Sol, mesmo no periélio, direcionando o empuxo para o movimento lateral e facilitando o controle da orientação.

Simulações indicaram que as velas difrativas do tipo reflectante são as mais eficazes, sendo as únicas que não resultaram na queda da nave no Sol ou na ejeção para fora do sistema solar.

Aplicação prática no asteroide Apofis

Para testar a eficácia do modelo, os pesquisadores simularam a interceptação do Apofis, um asteroide de 340 metros de diâmetro que passará a 38 mil quilômetros da Terra em 13 de abril de 2029. Foram testadas duas configurações de velas reflectivas-difrativas: uma com ângulo de difração fixo e outra com ângulo variável.

Ambas as configurações permitiram que o impactor atingisse o Apofis a 100 km/s em um intervalo de 200 a 300 dias após o lançamento. Esse tempo de missão é quase um ano inferior ao exigido por velas solares reflectivas convencionais, fator que pode ser determinante para o sucesso de uma manobra de desvio em situações reais de ameaça.