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Foguete – Os Sólidos #1

E nada melhor iniciar essa nova série da Aeroflap falando um pouco mais sobre o que me surgiu a cabeça de começar com ela. Eu perambulando pelas minhas aulas de Aeroespacial, eis que estou em uma que o professor está explicando sobre foguetes, no caso em geral, estrutura, motores e tudo mais. Minha base de aprendizado servirá para montar toda uma postagem falando dos magníficos motores a combustão (ou explosão controlada como alguns citam), a primeira parte falando de motores que utilizam combustível sólido e oxidante sólido.

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Diferentemente de uma aeronave que carrega o comburente e toma o combustor do ar na atmosfera, o foguete é um pouco diferente. Por não haver ar nas camadas mais altas da atmosfera o mais viável para o voo ser realizado com sucesso é levar os dois, isso responde também o porque de eles serem tão pesado, praticamente o dobro de uma aeronave para levar o mesmo peso de estrutura. Logo essa é a conclusão final do raciocínio o foguete leva dois elementos químicos para fazer reação e gerar combustão, o que difere deles é como a força propulsora é gerada. Uma de suas principais características é a fumaça de cor escura gerada.

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Disposição da mistura Comburente + Combustível é de extrema importância para seu uso, como na imagem abaixo.
Tipos diferentes de corte central para o combustível + comburente em um motor.
Tipos diferentes de corte central para o combustível + comburente em um motor.

O foguete de combustível sólido, ou melhor, propelente sólido tem uma particularidade bem ímpar em sua organização interna, ao invés de tanques, injetores, câmara combustora e tudo mais ele só contém um charuto onde pode se encontrar os estágios do foguete ou simplesmente um charuto único, como utilizado no lançador da Space Shuttle. Dentro desse charuto está uma mistura dos dois elementos responsáveis pela reação, isso quando eles são estáveis o suficiente para não entrarem em combustão sem uma faísca por exemplo, nesse sistema se tem organizado o acionador, geralmente uma vela que gera faísca que inicia a combustão, os elementos responsáveis estão misturados dentro de outra camada, a outra já é formado pelo bocal de saída que é minuciosamente projetado, qualquer erro pode gerar um motor ineficiente e que não fará a espaçonave voar.

SRB em corte, mostrando todo o esquema interno e o bocal, uma das partes mais importantes para a eficiência.
SRB em corte, mostrando todo o esquema interno e a tubeira, uma das partes mais importantes para a eficiência.

O outro tipo possível de motor sólido é que o combustor entra em contato com o comburente, sendo que os dois estão em câmaras separadas, a partir daí temos o início da queima na câmara e o empuxo gerado pela aeronave. Vale ressaltar que esse método é um dos mais perigosos a serem utilizado, visto que qualquer contato entre os dois elementos gera o início da explosão, que no caso é o princípio básico do motor de um foguete, o problema é essa explosão não ser controlada, como no caso que aconteceu em na nossa base de lançamento de Alcântara em 2003.

Space Shuttle com seus 2 boosters em funcionamento.
Space Shuttle com seus 2 boosters em funcionamento.

Espaçonaves de referência que usam Booster ou motores sólidos para alcançar voo: Boosters do lançador da Space Shuttle, identificado pelos dois motores em branco na lateral do tanque laranja, geram perto de 5.600.000 lbf de empuxo (para ter noção um 777 tem 230.000 lbf no total). Além desses é muito conhecido o uso de boosters de propelente sólido nos foguetes Delta, utilizando atualmente para envio de satélites ao espaço, e no Atlas, responsável pelo lançamento da famosa sonda New Horizons que recentemente visitou Plutão.

No caso do VLS brasileiro temos um foguete com o 1º estágio com 4 propulsores sólidos, com a presença de um 2º, 3º e 4º estágio, sendo que do 1º ao 3º estágio tem tubeiras móveis que ajudam a colocar o satélite em sua órbita correta. Perceba que a grande quantidade de estágios em um foguete pequeno como o VLS se deve ao fato do motor queimar rapidamente a sua mistura de perclorato de amônio(70%), alumínio em pó (15%) e polibutadieno(15%).

VLS brasileiro
Note os 4 motores do primeiro estágio queimando no lançamento, ao meio vai o motor do segundo estágio, que é idêntico ao primeiro.

Tem amplas variações de misturas possíveis, mas há sempre um padrão, se uma mistura demora muito a queimar ela gerará pouco empuxo específico, se ela queima rápido ela gera bastante empuxo para a espaçonave, esse é o caso do booster do lançador da Space Shuttle, eles queimam por 2 minutos e 30 segundos mas são o suficiente para gerar cerca de 83% do empuxo inicial e levar o Ônibus Espacial até 46km de altitude antes de desligar.

Fumaça densa e preta é uma característica de sua queima.
Fumaça densa e escura é uma característica de sua queima.

Na próxima parte da matéria abordarei melhor sobre como funciona e qual o seu arranjo interno, mas antes vamos dar uma passada em motores a propelente líquido.

About the author

Pedro Viana

Pedro Viana

Acadêmico de Engenharia Aerospacial - Editor de foto e vídeo - Fotógrafo - Aeroflap

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