Tecnologia
O 14-X HIPERSÔNICO
UM FUTURO PARA A FAB
O 14-X Hipersônico visto no espaço.
INTRODUÇÃO
Dentre as iniciativas nacionais na área de Pesquisa Científica e Desenvolvimento Tecnológico, uma novidade bastante animadora poderá ser revolucionária para a aviação e para a área espacial de lançamento de satélites, como hoje as conhecemos.
Trata-se de uma AERONAVE HIPERSÔNICA conhecida como 14-X com motor SCRAMJET (contração de Supersonic Combustion Ramjet), ambos totalmente brasileiros.
São projetos de interesse do Comando da Aeronáutica (Hipervelocidade e Propulsão com Ar Aspirado) e do Programa Espacial Brasileiro (Veículo Lançador de Satélites - VLS e Satélite Recuperável Atmosférico – SARA).
Tudo acontece graças ao contínuo apoio da FAPESP aos esforços do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA)em demonstrar a viabilidade da construção de veículos capazes de voar acima de 6 vezes a velocidade do som, em vôo hipersônico. O 14-X será capaz de atingir dez vezes a velocidade do som (mais de 11.000 km/h).
O que se almeja para o futuro é a construção de um avião hipersônico capaz de dar a volta ao planeta em poucas horas sem precisar queimar combustível fóssil.
Ele utilizará o próprio ar atmosférico como oxidante, ou seja, para a queima do hidrogênio líquido (combustível). E só levará o oxigênio necessário para a queima do combustível no trajeto fora da atmosfera terrestre.O MOTOR HIPERSÔNICO brasileiro já existe e está sendo testado no novo TÚNEL DE VENTO HIPERSÔNICO PULSADO (T3) do DCTA.
O 14X HIPERSÔNICO
A nave brasileira hipersônica com a tecnologia de propulsão com ar aspirado já existe hoje além do papel. Será um veículo aéreo não-tripulado (VANT) com objetivo de colocar satélites em órbita.Tendo sido batizado de 14-X, tal nave deveria voar até 2010, mas atrasos fizerama FAB mudar o ano para 2012 e depois 2013.
Trata-se de óbvia referência ao 14 Bis de Santos Dumont, o primeiro avião da história. A concepção do 14-X é de autoria do mestrando 1º Tenente Tiago Cavalcanti Rolim, que se formou no ITA em 2005. Mas ele nasceu mesmo como projeto em 2007, quando o já capitão-engenheiro Rolim iniciou mestrado no ITA e foi aprovado com uma tese sobre a configuração "waverider".
No segundo semestre de 2007, o Instituto de Estudos Avançados (IEAv) deu início aos testes com um modelo experimental reduzido do 14-X.
Trata-se de uma aeronave com 80 cm de comprimento, construída em aço inoxidável, que é equipada com sensores de pressão, fluxo de calor e força para uma série de testes no T3.
Os testes em túnel de vento simulam as condições de vôo do modelo experimental reduzido, sobre o qual são instalados sensores de pressão e temperatura para registro dos dados. Uma câmera filmadora de alta velocidade - dois milhões de quadros por segundo - permite a visualização do escoamento de ar sobre a fuselagem.
Modelo de 80 cm do 14-X Hipersônico
em ensaio de vento no T3.
(Foto FAB)
A etapa seguinte será a construção do modelo de vôo. Será uma aeronave com 2,5 m de comprimento e cerca de 300 quilos de peso. Ela será lançada por um foguete até atingir o ponto de combustão hipersônica. Isso porque o motor não terá capacidade de aceleração a partir de zero.
Demonstração de ensaio de vento do modelo do 14-X no
T3 ao Comandante Juniti Saito, em 2 de junho de 2008.
(Foto FAB)
O lançamento do 14-X poderá ser feito por um foguete de sondagem VS-40 ou um foguete do tipo do Pegasus, que colocou em órbita os satélites SCD-1 e SCD-2, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe).
O motor do 14X não será uma peça à parte, como é habitual hoje. Ele só funcionará integrado à aeronave. Os testes desse motor hipersônico tiveram início em outubro de 2009.
Foguete de sondagem VS-40.
A nave como um todo puxa o ar da atmosfera para a queima do combustível pelo motor. Com isso, o 14-X será uma formidável plataforma de testes para conceitos inovadores.
Durante o vôo, o ar é comprimido pela própria geometria e velocidade do veículo e é direcionado para uma câmara na parte inferior do avião, onde também é injetado gás hidrogênio, que entra em combustão supersônica.
A previsão é que o 14-X seja lançado de um foguete brasileiro em 2013 ou 2014. Isso porque o motor precisa de um impulso inicial até que atinja o ponto de combustão.
(Clique na arte para ampliação)
O 14-X Hipersônico visto de perfil.
Outra tecnologia de ponta que está sendo utilizada no projeto do 14-X é o conceito "waverider", responsável pela sustentação da aeronave, através da formação de uma onde de choque na parte inferior do veículo. A tecnologia waverider confere alta razão de planeio ao veículo, que voa mais longe com a mesma quantidade de combustível.
A aeronave usa ondas de choque criadas pelo voo hipersônico para ampliar a sustentação. É como se, ao nadar, um surfista gerasse a onda na qual irá deslizar.
TECNOLOGIA WAVERIDER
Seu primeiro teste em voo, ainda sem a separação do foguete utilizado para a aceleração inicial, deverá ocorrer em 2013.
Em seguida, a Força Aérea Brasileira planeja outros dois experimentos: um com acionamento dos motores scramjet, mas com a aeronave ainda acoplada, e outro com funcionamento total, quando a velocidade máxima deve ser atingida.
O grande desafio no desenvolvimento da tecnologia de altíssimas velocidades é a construção dos motores scramjet. Um engenheiro ligado ao projeto compara a dificuldade de ligar tais propulsores a "acender uma vela no meio de um furacão".O foguete gerará o movimento inicial e fornecerá o fôlego necessário ao 14-X, cujos propulsores scramjet serão então acionados a mais de 7.000 km/h. Daí ele será capaz de chegar ao limite de até dez vezes a velocidade do som ou mais de 11.000 km/h.
Esse será o caminho eficiente de acesso ao espaço em um futuro próximo. As aplicações práticas vão além do lançamento de satélites ou dos voos suborbitais.
A tecnologia waverider proporciona sustentação utilizando onda de choque, formada durante o voo supersônico/hipersônico na atmosfera terrestre, originada no bordo de ataque e colada no intradorso do veículo, gerando uma região de alta pressão, resultando em alta sustentação e mínimo arrasto. O ar atmosférico, pré-comprimido pela onda de choque, que está compreendida entre a onda de choque e a superfície (intradorso) do veículo pode ser utilizado em sistema de propulsão hipersônico aspirado baseado na tecnologia scramjet.
TECNOLOGIA SCRAMJET
A tecnologia scramjet (supersonic combustion ramjet) faz uso de um estatoreator (motor aeronáutico aspirado) que não possui partes móveis e que utiliza ondas de choque, geradas durante o voo hipersônico (de veículos aeroespaciais), para promover a compressão e a desaceleração do ar atmosférico. Imediatamente anterior ou na entrada da câmara de combustão, combustível é injetado e misturado com oxigênio existente no ar atmosférico.
Como a mistura entra na câmara de combustão em velocidade supersônica, o processo de combustão se dá em regime supersônico, denominada de combustão supersônica, conseqüentemente tecnologia scramjet. O produto da combustão é expelido na região de exaustão (expansão).
BRASIL E O MUNDOCom tudo isso, o Brasil está tendo a oportunidade inédita de seguir na dianteira de uma linha de pesquisa avançada em um momento estratégico, pois nenhum país no mundo domina ainda a tecnologia dos motores hipersônicos. Os outros países que buscam dominar essa tecnologia são os EUA, Japão, Austrália e Rússia.
Em 2004 a Nasa quebrou o recorde de velocidade para uma aeronave com o modelo X-43A, que em apenas dez segundos atingiu 10 mil km por hora, algo próximo a Mach 10 (10 vezes a velocidade do som). Essa velocidade hipersônica foi obtida por meio de motores do tipo scramjet ou motores a propulsão aspirada.
Em continuidade a esse programa, batizado de Hyperx, a Nasa e a Boeing estão desenvolvendo o veículo hipersônico X-51. Os EUA pretendem usar essa tecnologia em mísseis intercontinentais.
O australiano HyShot atingiu altitude de 300 km em trajetória vertical, através do foguete Terrier-Orion. No voo descendente, o veículo da Universidade de Queensland alcançou cerca de 35 km de altitude e Mach 7.6.Entre os civis, a esperança é de que o voo hipersônico possa se tornar uma realidade em viagens turísticas. Ir de São Paulo a Londres em apenas uma hora não seria nada mal.
A REVOLUÇÃO DE UM TANQUE A MENOS
Uma revolução na área espacial precisa ser ressaltada. Atualmente, nos métodos de lançamento convencionais, os veículos lançadores utilizam motores-foguete, que carregam tanto o combustível como o oxidante.
Os veículos espaciais precisam levar um tanque de combustível e outro de oxidante (a substância que faz com que o combustível queime, como o hidrogênio). A revolução será o uso de um tanque a menos.
Os experimentos permitirão o desenvolvimento de veículos lançadores de satélites que utilizem sistemas de propulsão com AR ASPIRADO, que é uma tecnologia ainda inexistente no mundo. Na propulsão com ar aspirado, carrega-se apenas o combustível. O oxidante passa a ser o oxigênio do ar atmosférico.
Aeronaves como o 14-X permitirão capturar o ar da própria atmosfera e utilizá-lo como oxidante. Com um tanque a menos, a nave ficará mais leve, o espaço para carga útil aumentará e as viagens serão mais baratas.Como o peso do oxidante é maior do que o do próprio combustível, a carga útil do veículo lançador aumenta, tornando possível carregar mais satélites. Atualmente, um satélite não pode passar de 5 % do peso total de um veículo lançador de satélites (VLS).
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