O que aconteceria se se atirasse um avião de papel para fora da ISS?

A ISS orbita a Terra a uma altitude média de cerca de 400 km. Então, o que aconteceria se se atirasse um avião de papel para fora da Estação Espacial Internacional? Um novo estudo apresentou dados que são surpreendentes. A informação é valiosa para missões espaciais de baixo custo.

O temível síndrome de Kessler

A velha questão do que aconteceria se se atirasse um avião de papel para fora da Estação Espacial Internacional (ISS) foi respondida num novo artigo.

O espaço à volta do nosso planeta está a ficar bastante cheio. Somos uma espécie desarrumada e, aparentemente, a órbita baixa da Terra não é exceção à nossa regra “limpamos depois”.

Uma das preocupações relativamente aos detritos é o facto de poderem causar o “Efeito Kessler” (ou Síndrome de Kessler). Simplificando, o Efeito Kessler é quando um único evento (como a explosão de um satélite) na órbita baixa da Terra cria uma reação em cadeia, à medida que os detritos destroem outros objetos em órbita.

Se isto acontecer, os detritos podem continuar a colidir com outros objetos, causando potencialmente problemas de comunicação e deixando áreas do espaço inacessíveis às naves espaciais.

Essencialmente, poderia acabar como no filme Gravidade, mas sem o George Clooney! Na pior das hipóteses, há quem especule que poderia essencialmente prender-nos aqui na Terra, sem podermos sair.

O futuro das viagens orbitais “num avião de papel”

Embora existam esforços para limpar a órbita terrestre próxima de detritos e satélites inoperacionais, alguns investigadores estão a explorar formas de tornar as naves espaciais e os satélites mais sustentáveis antes do lançamento.

Uma das direcções de investigação passa pela utilização de materiais orgânicos como substituto dos metais tradicionais, de modo a reduzir o impacto ambiental das naves durante a queima na reentrada atmosférica.

Outra linha de estudo foca-se em velas de arrasto dobráveis, que aceleram a descida orbital dos satélites em órbita terrestre baixa (LEO) no fim da sua vida útil e ajudam a remover detritos espaciais. Um avião espacial em origami (que significa ‘papel dobrado’ em japonês), situado entre estas duas tendências, pode abrir novas vias para uma utilização e exploração espacial mais sustentável.

Explica a equipa no seu novo artigo.

Para explorar esta possibilidade, a equipa tentou simular o que aconteceria a um avião de papel feito a partir de uma única folha A4 se fosse lançado da Estação Espacial Internacional (ISS), a uma altitude de 400 quilómetros.

Na entrada na atmosfera poderia ocorrer a pirólise

No estudo, os investigadores modelaram a velocidade de decaimento orbital do avião, a sua orientação em relação à direção de voo, e o nível de aquecimento que a estrutura sofreria ao atravessar a atmosfera terrestre.

Realizando simulações e testes num túnel de vento com um avião ligeiramente modificado (foi usada uma combinação de alumínio e papel para esta experiência), a equipa descobriu que o avião poderia voar surpreendentemente bem, pelo menos numa fase inicial.

O avião espacial apresenta estabilidade estática em relação à direcção do fluxo (eixo X alinhado com o fluxo incidente), tanto em inclinação como em guinada.

Isto sugere que poderá manter passivamente o alinhamento com a direcção orbital durante o voo na atmosfera rarefeita da órbita terrestre baixa (LEO).

Escreve a equipa.

Segundo o trabalho realizado, a órbita do avião decairia muito rapidamente após o lançamento, entrando na atmosfera da Terra em cerca de 3,5 dias. O teste em túnel de vento demonstrou que o avião sofreria apenas ligeiras deformações ao atravessar a atmosfera, embora isso não fosse suficiente para garantir a sua sobrevivência.

Com base nos testes hipersónicos em túnel de vento e nas simulações, espera-se que as forças superficiais actuantes sobre o avião durante a reentrada atmosférica não provoquem deformações significativas.

No entanto, o avião de papel sofrerá aquecimento aerodinâmico severo, na ordem dos 105 W/m² (ou 10 W/cm²) durante vários minutos. Assim, é expectável que ocorra combustão ou pirólise durante a reentrada.

Explica a equipa.

Embora enviar um avião de papel para arder na nossa atmosfera possa não parecer muito útil, é esta descartabilidade que a equipa procurava.

A forte sensibilidade do avião espacial de papel à resistência aerodinâmica na atmosfera rarefeita [baixa atmosfera terrestre] sugere que pode ser utilizado como sonda passiva para medir a densidade atmosférica.

Conclui a equipa.

A densidade do ar pode ser objeto de engenharia inversa a partir do seu movimento orbital. Dada a curta duração da entrada na atmosfera, os dados são adquiridos rapidamente. Devido ao custo extremamente baixo de um avião espacial de papel, podem ser efectuadas várias utilizações ao mesmo tempo e repetidas a intervalos regulares, fornecendo medições distribuídas em simultâneo.

A equipa sugere que aviões de papel poderiam ser utilizados noutras missões de baixo custo e em órbita baixa, caso fossem, por exemplo, equipados com sistemas de imagem de filme fino.