Cientistas chineses desenvolverão uma catapulta de canhão elétrico para lançar aviões espaciais hipersônicos

Os cientistas chineses fizeram alguns progressos no desenvolvimento de teorias, materiais, tecnologias e processos que prometem revolucionar a indústria aeroespacial e muito mais. Estamos falando de transporte hipersônico, que no estágio inicial pode utilizar aceleração eletromagnética. A tecnologia também pode ser incorporada em “hyperloops” – trens hipersônicos em túneis de vácuo.

Fonte da imagem: Weibo

Atualmente, existem diversas soluções experimentais na China que fornecem a base para modelagem e experimentação. Conforme relatado em um artigo publicado recentemente na revista especializada Acta Aeronautica, os processos de aceleração e separação de uma aeronave de uma catapulta de canhão elétrico foram estudados em um túnel de vento e submetidos a análise computacional. Os desenvolvedores do projeto enfatizam que não têm conhecimento de trabalhos semelhantes sendo realizados nos Estados Unidos ou em outros países. Entretanto, a análise dos processos no momento da separação da aeronave da catapulta hipersônica é uma das mais importantes no processo de lançamento.

Os porta-aviões da Marinha dos EUA usam catapultas a vapor para lançar aeronaves. Ao tentar mudar para catapultas eletromagnéticas, os engenheiros encontraram dificuldades. Em particular, os porta-aviões do tipo Gerald R. Ford receberam catapultas eletromagnéticas. Eles são relatados como tendo uma taxa de falha bastante alta. Ainda antes, a NASA abandonou o projeto de desenvolver uma catapulta eletromagnética para substituir o primeiro estágio dos foguetes. Acreditava-se então que para isso era necessário acelerar o segundo estágio até a velocidade de 700 km/h. Depois de trabalhar em um projeto semelhante na China, os cientistas chegaram à conclusão de que para abandonar o primeiro estágio, a espaçonave teria que ser acelerada para uma velocidade maior.

Em 2016, a China começou a desenvolver o projeto Tengyun – uma plataforma aeroespacial reutilizável com um propulsor hipersônico e uma espaçonave. Como opção, está sendo considerada a possibilidade de acelerar uma espaçonave de 50 toneladas em uma gigantesca pista de lançamento eletromagnética, o que dará à nave uma velocidade de até Mach 1,6 (1.960 km/h). Após se separar da catapulta, o avião espacial liga seus motores e acelera a uma velocidade sete vezes maior que a do som. Isto alcançará enormes economias de combustível.

O momento de separação de uma máquina de 50 toneladas maior que um avião Boeing 737 será crítico para o sistema e numerosos experimentos em túneis de vento são dedicados a ele. Como os cientistas descobriram, quando um avião espacial supera a barreira do som, uma cascata de ondas de choque é lançada na catapulta entre o avião e a terra. A parte inferior do dispositivo começa a sofrer inúmeras cargas de choque devido aos reflexos das ondas de choque da superfície próxima da Terra. Essas mesmas ondas de choque perturbam o fluxo de ar, criando bolsas de fluxo de ar subsônico entre o veículo, o trenó eletromagnético e a pista.

Quando o trenó atinge uma determinada velocidade, ele para abruptamente e o avião espacial se separa. O fluxo caótico de ar inicialmente sustenta o aparelho, mas depois de quatro segundos, como mostraram os testes em túnel de vento, o fluxo se transforma em uma corrente descendente. Para hipotéticos passageiros e tripulantes do navio, uma ausência de peso momentânea ocorreria neste momento. Mas à medida que a distância entre o avião e a pista aumenta, a intensidade do fluxo de ar diminui até desaparecer completamente. Nesse momento, os motores da aeronave devem atingir o empuxo necessário e criar condições para que ela ganhe altitude.

A modelagem mostrou que o projeto do avião espacial requer reforço em áreas mais suscetíveis a impactos aerodinâmicos. Mas, no geral, esta abordagem é considerada segura e viável, escreveram os cientistas no seu artigo. Obviamente, a abordagem proposta será testada na prática. Para tanto, já foram construídas duas rotas experimentais. Os trilhos, o que é significativo, foram construídos não só e nem tanto para um projeto aeroespacial, mas para o desenvolvimento de trens de levitação magnética. Um deles, um tubo de vácuo de 2 km no centro industrial de Datong, província de Shanxi, construído pela China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC), permitirá que os maglevs acelerem num tubo de baixo vácuo até 100 km/h. No futuro, o comprimento do tubo chegará a 60 km, ao longo dos quais será possível acelerar o trem a 5.000 km/h. Na pista serão testadas as capacidades de aceleração eletromagnética, controle e tudo mais, que também terão aplicação em catapultas para lançamentos espaciais.

Um local semelhante também foi estabelecido em Jinan, capital da província oriental de Shandong, onde experiências semelhantes com trenós eletromagnéticos de ultra-alta velocidade estão sendo conduzidas sob a supervisão da Academia Chinesa de Ciências (CAS). Finalmente, armas ferroviárias de combate convencionais também estão a ser criadas na China, se a palavra “convencional” for aplicável a tais projectos.

Todos juntos significam que a China está gradualmente a desenvolver uma base material e técnica, que no futuro poderá revolucionar o campo dos lançamentos espaciais. Se um acelerador ferroviário e um avião espacial hipersônico se tornarem realidade, então o custo de colocar cada quilograma de carga útil em órbita será significativamente inferior a US$ 100 (até US$ 60 ou até menos).