Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio criaram uma configuração experimental em solo para testar a frenagem aerodinâmica magnetohidrodinâmica (MHD) de espaçonaves durante a reentrada atmosférica. A ideia é usar o campo magnético da espaçonave para protegê-la do calor e fornecer frenagem adicional, como um campo de força saído de um filme de ficção científica, e funciona.
Fonte da imagem: Universidade Metropolitana de Tóquio
Ao entrar na atmosfera, uma onda de choque se forma em frente ao módulo de descida, e o ar na camada de choque aquece a vários milhares de graus e torna-se parcialmente ionizado. O campo magnético da espaçonave pode interagir com esse fluxo de plasma fracamente ionizado, empurrando a camada de choque quente para mais longe da superfície do veículo, enquanto simultaneamente aumenta seu arrasto aerodinâmico. Isso reduz as demandas adicionais sobre o escudo térmico dos veículos de reentrada e cria um recurso livre para reduzir a velocidade.
Em todos os experimentos anteriores, os cientistas colocaram ímãs permanentes de neodímio dentro de pequenos modelos para simular o campo magnético da espaçonave. Isso limitava o alcance dos campos magnéticos e impedia que fossem reconfigurados rapidamente. Uma equipe liderada por Kohei Shimamura substituiu o ímã permanente por um eletroímã pulsado, composto por um conjunto de bobinas especialmente selecionadas. Ele era alimentado por um circuito pulsado capaz de fornecer alta corrente por períodos muito curtos.
A plataforma de teste sincronizou a ativação do ímã com a passagem de uma onda de choque. O modelo do navio foi colocado em um túnel de vento hipersônico com uma velocidade de fluxo de ar superior a 7 km/s, o que corresponde à velocidade do gás ao redor do navio durante a reentrada atmosférica real. No experimento, o modelo foi exposto ao fluxo por apenas dezenas de microssegundos, mas isso foi suficiente para identificar tendências.
Durante os testes, dois modelos com geometrias diferentes receberam configurações de bobinas distintas. Eletroímã pulsadoO campo magnético gerou campos magnéticos de 1,24 e 1,58 T. Este último valor é mais que o dobro da intensidade de campo dos ímãs de neodímio convencionais, expandindo significativamente a gama de parâmetros experimentais. Uma câmera de alta velocidade operou sincronizadamente com a onda de choque, registrando o brilho intrínseco da camada de choque aquecida. Quando o campo magnético foi ligado, a espessura dessa camada brilhante aumentou em mais de 15% — evidência experimental de que a região de plasma estava de fato se afastando da superfície do modelo.
Para uma espaçonave reutilizável, esse desenvolvimento oferece um efeito duplo: o campo magnético pode aumentar a distância entre o corpo e a parte mais quente da camada de choque, reduzindo o fluxo de calor para a superfície, enquanto simultaneamente aumenta o arrasto aerodinâmico, redirecionando parte da energia cinética da espaçonave para aquecer a atmosfera. Ao contrário do escudo térmico tradicional, que depende de pesadas placas de cerâmica e materiais ablativos, a frenagem aerodinâmica MHD teoricamente reduz o peso e o desgaste do escudo térmico e é extremamente atraente para espaçonaves reutilizáveis.
No entanto, embora atualmente estejamos falando apenas de testes de laboratório com modelos em miniatura, a criação de um eletroímã com um campo controlado de até 1,58 T é considerada pelos autores como o próximo passo rumo a experimentos com modelos em escala maior e, no futuro, como uma transição para testar a tecnologia em espaçonaves reais durante sua reentrada na atmosfera.