Pesquisadores usam origami para resolver desafio de viagens espaciais

Arte japonesa de dobradura de papel inspirou novo recipiente para armazenar combustível em naves espaciais

Bexiga de plástico inspirada em origami tem surpreendido os pesquisadores. Crédito: WSU

Pesquisadores da Universidade do Estado de Washington (EUA) usaram o origami, a antiga arte japonesa de dobradura de papel, para possivelmente resolver um desafio importante para as viagens ao espaço sideral: como armazenar e mover combustível para motores de foguetes.

Os pesquisadores desenvolveram uma bexiga de combustível de plástico dobrada, inspirada em origami, que não se rompe em temperaturas superbaixas e poderá ser usada para armazenar e bombear combustível. Liderados pelo estudante de graduação Kjell Westra e Jake Leachman, professor associado da Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais da Universidade do Estado de Washington (WSU), os pesquisadores publicaram seus trabalhos na revista “Cryogenics”.

O desafio do gerenciamento de combustíveis tem sido um importante fator limitante nas viagens espaciais. Ele restringe amplamente as viagens espaciais a viagens mais curtas para grandes quantidades de carga ou a pequenos satélites para missões de longa duração. Nos primeiros dias do programa espacial dos Estados Unidos, nas décadas de 1960 e 1970, os pesquisadores tentaram desenvolver balões redondos para armazenar e bombear combustível de hidrogênio líquido. Eles falharam. Cada bexiga se estilhaçava ou vazava conforme eles tentavam espremê-la nas temperaturas muito baixas exigidas para os combustíveis líquidos. Os designs mais eficientes duraram apenas cinco ciclos.

Limitações

Os pesquisadores abandonaram o esforço e, em vez disso, passaram a confiar em dispositivos de gerenciamento de propulsor menos ideais. Os sistemas atuais usam placas de metal e o princípio da tensão superficial para gerenciar os combustíveis líquidos. Mas os sistemas são lentos e só podem liberar os combustíveis em pequenas quantidades. Então, o tamanho dos tanques de combustível e as missões são limitados.

“Há muito tempo as pessoas vêm tentando fazer sacos para combustível de foguete”, disse Leachman. “Atualmente não fazemos viagens grandes e de longa duração porque não podemos armazenar combustível por tempo suficiente no espaço.”

Por meio de uma pesquisa bibliográfica, Westra encontrou um artigo no qual os pesquisadores desenvolveram alguns foles baseados em origami. Os pesquisadores começaram a estudar o origami nas décadas de 1980 e 1990 com a ideia de fazer uso de suas formas complexas e comportamento mecânico interessante. As dobras do origami espalham tensões no material, tornando menos provável que ele rasgue.

Usando uma fina folha de plástico Mylar, Westra e colaboradores do laboratório de Propriedades do Hidrogênio para Pesquisa de Energia da WSU decidiram aplicar o projeto que ele vira para desenvolver uma bexiga de combustível.

Testes mais rigorosos

“As melhores soluções são aquelas que já estão prontas e que você pode transferir para o que está trabalhando”, disse Westra.

Como nunca experimentou o origami antes, ele disse que levou algumas tentativas e algumas horas com um vídeo do YouTube para descobrir como dobrar o fole. Depois de dobrá-lo, ele o testou em nitrogênio líquido a cerca de 77 graus Kelvin (-196,15° Celsius). Os pesquisadores descobriram que a bexiga pode ser comprimida pelo menos 100 vezes sem quebrar ou vazar no frio. Desde então, eles testaram o fole inúmeras vezes e ele ainda não tem orifícios.

“Achamos que resolvemos um problema importante que estava prendendo todo mundo”, disse Leachman. “Estamos meio entusiasmados com isso.”

Os pesquisadores agora estão começando a conduzir testes mais rigorosos. Eles planejam fazer testes com hidrogênio líquido, avaliando como suas bexigas podem armazenar e expelir combustível e comparando as taxas de fluxo delas com os sistemas atuais.

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