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Rockets 101: Como exatamente os foguetes funcionam?

Rockets 101: Como exatamente os foguetes funcionam?


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Os seres humanos têm usado explosões controladas para impulsionar objetos por muitos séculos. Freqüentemente chamados de foguetes, hoje esses dispositivos são comumente usados ​​como fogos de artifício, sinalizadores, armas de guerra e para exploração espacial.

Mas como eles realmente funcionam? Vamos dar uma olhada rápida.

Este artigo não tem a intenção de ser um guia completo, pois a ciência de foguetes é, afinal, "ciência de foguetes".

Como exatamente funcionam os foguetes?

Você pode ficar tentado a pensar em foguetes agindo simplesmente "se empurrando no ar". Mas como os foguetes também podem operar perfeitamente bem no vácuo do espaço, não é isso o que realmente está acontecendo.

Eles operam, como mencionado anteriormente, usando o princípio da Terceira Lei do Movimento de Newton, freqüentemente declarado como 'para cada ação, há uma reação igual e oposta'. Foguetes, portanto, funcionam realmente tirando vantagem do momento - o poder que um objeto em movimento tem.

Todas as coisas sendo iguais, sem forças externas, o momento combinado de um grupo de objetos deve permanecer constante ao longo do tempo. Isso está resumido na famosa Terceira Lei do Movimento de Newton.

Para visualizar isso, imagine-se em pé em um skate enquanto segura uma bola de basquete nas mãos.

Se você jogasse a bola em uma direção, você (e o skate) rolariam na direção oposta com a mesma força. Quanto mais força for exercida no lançamento da bola, mais força impulsionará o skate na direção oposta.

Os foguetes funcionam da mesma maneira. Ao expelir o escapamento quente de uma das extremidades do foguete, o foguete é impulsionado na direção oposta - exatamente como no exemplo do skate.

Motores de automóveis ou aviões, incluindo motores a jato, precisam de ar para funcionar (bem, eles precisam do oxigênio que ele contém) e, por essa razão, não podem operar no vácuo do espaço. Os foguetes, por outro lado, funcionam perfeitamente bem no espaço.

Mas como?

Ao contrário dos motores de combustão ou a jato, os foguetes carregam oxidantes com eles. Assim como o combustível, eles podem estar na forma sólida, líquida ou híbrida (mais sobre isso mais tarde).

O oxidante e o combustível são misturados na câmara de combustão do foguete e os gases de exaustão são expelidos em alta velocidade pela parte traseira do foguete. Tudo isso é feito na ausência de ar - na verdade, ao contrário dos carros e aviões, os foguetes não têm entradas de ar.

RELACIONADO: SPINLAUNCH: QUEM PRECISA DE FOGUETES QUANDO VOCÊ PODE USAR CATAPULTAS ESPACIAIS?

As moléculas do escapamento do foguete são individualmente muito pequenas, mas elas saem do bico do foguete muito rápido (dando a elas uma grande quantidade de impulso). O suficiente, na verdade, para fornecer a um objeto de várias toneladas o impulso de que ele precisa para escapar da gravidade da Terra.

Quais são as partes principais de um foguete?

A maioria dos foguetes modernos consiste em pelo menos dois estágios. Essas são seções do foguete empilhadas umas sobre as outras em um invólucro cilíndrico (também conhecido como teste serial).

Um exemplo dessa forma de preparação de foguetes é a série Saturn V da NASA.

Outros tipos de foguetes usam simulação paralela. Nesse caso, os primeiros estágios menores são amarrados ao corpo de um foguete "sustentador" central. Foguetes como o Titan III e o Delta II da NASA usam esse tipo de encenação.

Cada estágio tem seu próprio conjunto de motores, que variam em número dependendo do projeto. Por exemplo, o primeiro estágio do Falcon 9 da SpaceX tem nove motores, enquanto o foguete Antares da Northrop Grumman tem dois.

O trabalho do primeiro estágio é tirar o foguete da baixa atmosfera. Pode haver ou não reforços laterais extras para ajudar também.

Como esse estágio inicial deve suportar o peso de todo o foguete (com carga útil e combustível não gasto), geralmente é a seção maior e mais poderosa.

À medida que o foguete acelera, ele inicialmente encontra um aumento na resistência do ar. Mas, à medida que sobe, a atmosfera se torna mais fina e a resistência do ar diminui.

Isso significa que o estresse experimentado pelo foguete durante um lançamento típico aumenta inicialmente, até um pico, e depois cai novamente. O pico de pressão é conhecido como max q.

Para o SpaceX Falcon 9 e o Atlas V da United Launch Alliance, o máximo de q é geralmente experimentado entre 80 e 90 segundos de um lançamento, a uma altitude entresete (11 km) para nove milhas (14,5 km).

Uma vez que o primeiro estágio tenha completado sua função, os foguetes geralmente lançam aquela seção e acendem seu segundo estágio. O segundo estágio tem menos trabalho a fazer (porque tem menos massa para mover) e tem a vantagem de ter uma atmosfera mais fina para enfrentar.

Por esse motivo, o segundo estágio geralmente consiste apenas em um único motor. A maioria dos foguetes também lançará suas carenagens neste estágio (esta é a tampa pontiaguda na ponta do foguete que protege a carga útil).

No passado, as seções inferiores descartadas do foguete simplesmente queimavam na atmosfera. Mas a partir de cerca de 1980, os engenheiros começaram a projetar essas seções para serem recuperáveis ​​e reutilizáveis.

Empresas privadas como a SpaceX e a Blue Origin levaram esse princípio mais longe e as projetaram para poder retornar à Terra e pousar sozinhas. Isso é benéfico, pois quanto mais peças podem ser reutilizadas, mais baratos os lançamentos de foguetes podem se tornar.

Qual combustível é usado em um foguete?

Os foguetes modernos tendem a usar combustíveis líquidos, sólidos ou híbridos. As formas líquidas de combustível tendem a ser classificadas como petróleo (como querosene), criogênicos (como hidrogênio líquido) ou hipergólicos (como hidrazina).

Em alguns casos, álcool, peróxido de hidrogênio ou óxidos nitrosos também podem ser usados.

Os propelentes sólidos tendem a se apresentar em duas formas: homogêneos e compostos. Ambos são muito densos, estáveis ​​à temperatura ambiente e são facilmente armazenados.

A primeira pode ser uma base simples (como nitrocelulose) ou uma base dupla (como uma mistura de nitrocelulose e nitroglicerina). Os propelentes sólidos compostos, por outro lado, usam um sal mineral cristalizado ou finamente moído como oxidante.

Na maioria dos casos, o combustível real tende a ser à base de alumínio. O combustível e o oxidante são geralmente mantidos juntos com um aglutinante polimérico que também é consumido durante a combustão.

Como funcionam as plataformas de lançamento de foguetes?

Launchpads, como o nome sugere, são plataformas a partir das quais os foguetes são lançados. Eles tendem a fazer parte de um complexo, instalação ou espaçoporto maior.

Uma plataforma de lançamento típica consistirá em uma plataforma ou montagem de lançamento, que geralmente será uma estrutura de metal que suporta o foguete na posição vertical antes do lançamento. Essas estruturas terão cabos umbilicais que abastecem o foguete e fornecem refrigerante antes do lançamento, entre outras funções.

Eles também tendem a ter pára-raios para proteger o foguete durante tempestades com raios.

Os complexos de lançamento variam em design, dependendo do design do foguete e das necessidades do operador. Por exemplo, o Centro Espacial Kennedy da NASA projetou o Ônibus Espacial para se prender verticalmente a um foguete e movê-lo para a plataforma de lançamento em um veículo semelhante a um tanque chamado "Crawler".

Na Rússia, os foguetes foram montados e transportados horizontalmente para a plataforma de lançamento antes de serem levantados na posição vertical no local.


Assista o vídeo: Kerbal Space Program - Quer ver um foguete decolar e pousar por programação? - Pesterenan (Junho 2022).


Comentários:

  1. Washburne

    É lógico

  2. Dughall

    Estou estou muito animado com essa questão. Diga-me, por favor - onde posso encontrar mais informações sobre esta questão?

  3. Rygemann

    Idéia magnífica



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