SpinLaunch: o canhão centrífugo que pode transformar os lançamentos espaciais

No coração do deserto, uma enorme estrutura circular poderá revolucionar décadas de lançamentos espaciais dependentes de foguetes.

Longe dos olhares da maioria, uma empresa emergente da Califórnia está a apostar num “canhão” centrífugo que poderá projetar pequenos satélites para o espaço recorrendo apenas a energia mecânica - sem chamas, fumo ou depósitos de combustível a explodir no momento da descolagem.

Um lançamento espacial sem foguetes nem chamas

Há mais de cinquenta anos que a fórmula tem sido idêntica: para vencer a gravidade terrestre, é preciso queimar combustível - e em grandes quantidades. Foguetes enormes, reservatórios gigantescos e toneladas de querosene e oxigénio líquido permitiram levar a humanidade à órbita, à Lua e a Marte, mas implicam custos elevados e um impacto ambiental cada vez mais debatido.

A proposta da SpinLaunch, empresa norte-americana que tem testado o seu sistema no deserto do Novo México, desafia esse modelo. Inspirado nos aceleradores de partículas, o conceito é simples de explicar, embora complexo de executar: uma carga útil é acelerada numa câmara de vácuo por um braço rotativo, até alcançar velocidades de vários milhares de quilómetros por hora. No momento certo, é libertada e lançada em direção à alta atmosfera.

Em vez de queimar combustível durante a subida, o sistema acumula energia antes do disparo, sob a forma de rotação, e a libera de uma vez.

Nos ensaios suborbitais já efetuados, a empresa demonstrou que o princípio é viável. A máquina, semelhante a um enorme disco fechado, faz rodar um projétil num ambiente quase sem ar, reduzindo assim o atrito. Essa rotação é alimentada por um motor elétrico. A diferença essencial está na origem da energia: o consumo vem da rede elétrica, potencialmente abastecida por fontes renováveis, em vez de combustíveis químicos que libertam gases com efeito de estufa diretamente para a atmosfera.

Como funciona o “canhão centrífugo” da SpinLaunch

À primeira vista, o sistema recorda um gigantesco disco disposto na vertical. No seu interior, um braço metálico desempenha o papel de catapulta de alta tecnologia. Na extremidade desse braço é fixada a carga útil, que pode consistir num microssatélite ou num módulo destinado a agrupar vários satélites.

• O ar é removido da câmara para formar um vácuo parcial.
• O braço começa a rodar, acelerando a cada volta.
• Quando atinge a velocidade necessária, uma abertura fica alinhada com o braço.
• Um mecanismo de libertação lança a carga em direção ao céu.

A versão atualmente em teste ainda não é capaz de colocar objetos em órbita. Por agora, apenas realiza voos suborbitais, utilizados para validar materiais, componentes eletrónicos e a própria estrutura da máquina. Segundo a empresa, o objetivo é construir uma versão maior que lance projéteis capazes de concluir a inserção orbital com um pequeno motor auxiliar, muito menos exigente do que o primeiro estágio de um foguetão convencional.

Resistir a 10.000 G: o custo da catapulta espacial

Esta vantagem implica uma exigência extrema para os satélites. As cargas lançadas por um sistema deste tipo são sujeitas a acelerações de até 10.000 vezes a gravidade da Terra. Como comparação, os passageiros de um foguete convencional enfrentam habitualmente entre 3 e 5 G durante grande parte do voo, podendo atingir 8 ou 9 G em circunstâncias extremas.

O que hoje é considerado aceitável para a maioria dos satélites simplesmente não sobrevive ao canhão centrifugo, obrigando a repensar todo o design.

Para ultrapassar essa limitação, a SpinLaunch está a desenvolver satélites próprios: mais pequenos, resistentes e achatados, semelhantes a compactos “discos tecnológicos”. Cada unidade deverá ter cerca de 2,3 metros de diâmetro e uma massa próxima dos 70 quilogramas, tendo sido concebida para suportar o impacto da aceleração sem perder a capacidade de funcionar em órbita.

Satélites SpinLaunch redesenhados de raiz

Esta alteração obriga a mudar a forma como as constelações são concebidas. Em vez de plataformas versáteis com numerosos módulos sensíveis, os engenheiros têm de dar prioridade a:

• componentes reforçados, com menor probabilidade de falha mecânica;
• eletrónica encapsulada, capaz de suportar forças de compressão elevadas;
• estruturas simplificadas, com menos elementos móveis;
• configurações adequadas à produção em série, semelhantes a uma linha de montagem automóvel.

Os satélites são transportados empilhados num único módulo, projetado de uma só vez pelo canhão. Já em órbita, o módulo liberta cada unidade, que se desloca até à sua posição final através de pequenos ajustes de trajetória. Em contrapartida por alguma flexibilidade de missão, obtêm-se maior repetibilidade, produção mais simples e menor custo por unidade.

Cinco lançamentos diários e a economia da órbita baixa

Caso a tecnologia alcance a versão operacional planeada, a ambição é significativa: realizar até cinco lançamentos por dia, uma cadência muito superior à dos principais foguetões comerciais atuais. Esta capacidade alteraria profundamente a economia da órbita baixa, utilizada para comunicações, observação da Terra e serviços de Internet por satélite.

Mais tiros por dia significam satélites mais baratos em órbita, renovação constante de constelações e entrada de novos atores no mercado espacial.

As estimativas iniciais apontam para um custo por quilograma entre 1.250 e 2.500 dólares. Continua a ser um montante relevante, mas poderá ficar abaixo do custo de vários sistemas baseados em foguetões químicos, sobretudo no lançamento de cargas pequenas. Esta gama de preços poderá beneficiar várias aplicações:

Um acesso mais económico e regular poderia permitir que empresas mais pequenas e governos com orçamentos limitados desenvolvessem projetos espaciais antes inviáveis. Em simultâneo, o aumento do número de objetos em órbita baixa eleva o risco de colisões e intensifica as preocupações relacionadas com lixo espacial, interferências nas observações astronómicas e poluição luminosa.

Impacto climático e limites ambientais

A ausência de combustão direta é particularmente apelativa num contexto de transição energética. Ao não queimar propelentes durante boa parte da subida, o sistema evita emissões nas camadas superiores da atmosfera, onde determinados poluentes podem permanecer durante longos períodos. Se a eletricidade utilizada for obtida a partir de fontes limpas, a pegada de carbono de cada lançamento poderá diminuir de forma significativa.

Ainda assim, colocar mais objetos em órbita exige regras mais rigorosas para desorbitação, rastreio e eliminação segura. Uma constelação lançada por um canhão centrífugo continua submetida às mesmas leis da física que podem criar nuvens de detritos após uma colisão. A facilidade em enviar satélites para o espaço terá de ser acompanhada por políticas de remoção controlada no final da respetiva vida útil.

Termos que merecem uma explicação breve

Dois conceitos são fundamentais para compreender esta tecnologia:

• G (gravidade): unidade que mede quantas vezes uma aceleração supera a gravidade à superfície da Terra. A 10.000 G, um objeto de 1 kg “comporta-se” como se pesasse 10 toneladas.
• Lançamento suborbital: voo que sai da atmosfera, mas não alcança a velocidade horizontal necessária para permanecer em órbita à volta da Terra. Sobe, atinge uma altitude máxima e acaba por regressar.

Compreender estes conceitos ajuda a perceber por que razão muitos dos satélites atuais não podem simplesmente ser adaptados a este sistema. Foram concebidos para acelerações de duas ordens de grandeza, talvez três, e não quatro.

Cenários futuros, riscos e soluções híbridas

Uma possibilidade concreta passa por encarar o canhão centrífugo como um elemento de uma cadeia híbrida de acesso ao espaço. O sistema trataria da “primeira etapa” do lançamento, projetando a carga até uma altitude elevada. A partir daí, um pequeno motor químico ou elétrico faria o ajuste final da órbita. Isto reduziria drasticamente as dimensões do foguetão necessário, diminuindo custos e consumo de combustível.

Outro cenário inclui utilizações mais ambiciosas, como o envio rápido de cargas em missões de emergência. Em teoria, um sistema deste género poderia lançar, em poucas horas, satélites temporários de comunicações após uma catástrofe natural, restabelecendo ligações básicas nas zonas afetadas. Nesse caso, o desafio seria conciliar rapidez com segurança orbital, sem acrescentar ainda mais objetos a uma órbita já congestionada.

Existem também riscos industriais. Se a aposta em satélites ultrarreforçados não se revelar comercialmente viável, as empresas poderão hesitar em redesenhar as suas plataformas apenas para cumprir o perfil exigido pelo canhão centrífugo. A adoção dependerá da estabilidade e fiabilidade da promessa de custos inferiores e de uma cadência de lançamentos verdadeiramente diária.