Por definição, veículos supersônicos são aqueles capazes de alcançar qualquer velocidade acima de Mach 1 (1.235 km/h) até Mach 5 (6.175 km/h).
Além dessa faixa entramos na zona hipersônica, um território que está sendo explorado por pesquisadores brasileiros do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) da Força Aérea Brasileira (FAB).
No último dia 14 de dezembro, o Centro de Lançamento de Alcântara (CLA), no estado Maranhão, sediou o lançamento do primeiro veículo com motor hipersônico aspirado (scramjet na sigla em inglês) construído no Brasil, o demonstrador 14-X S.
O teste foi uma etapa do projeto Propulsão Hipersônica 14-X, batizado assim em homenagem ao 14-Bis de Alberto Santos Dumont que voou em 1906.
Porém, enquanto o avião de Santos Dumont contava com um motor de meros 50 hp de potência que permitiu um voo a cerca de 30 km/h, o propulsor scramjet do 14-X S gera em torno de 5.000 hp e alcançou uma velocidade próxima a Mach 6 (seis vezes a velocidade do som) logo no primeiro teste de voo do projeto, iniciado pela FAB em 2008.
A velocidade de Mach 6 alcançada pelo 14-X S, no entanto, é apenas uma fração do potencial dos motores scramjet.
De acordo com FAB, o sistema em desenvolvimento no Brasil será capaz de voar a Mach 10 (cerca de 12.000 km/h). Como comparação, o Concorde, o último avião comercial supersônico, voava a cerca de Mach 2.04 (2.179 km/h).
“Nesse primeiro ensaio em voo, o objetivo foi o estabelecimento das condições de partida do motor scramjet, isto é, a validação em ambiente relevante das condições em que se observa a ocorrência do processo de queima de combustível pelo motor scramjet, conhecido como combustão supersônica”, informou a FAB em contato com o CNN Brasil Business.
O projeto prevê pelo menos mais três ensaios de voo nos próximos anos para demonstrar o funcionamento e rendimento do motor scramjet brasileiro. Na última etapa, chamada 14-XWP, a FAB espera ter um veículo hipersônico autônomo totalmente funcional, com capacidades de controle e manobra.
Motor relativamente simples
Diferentemente de motores a jato, o scramjet não possui partes móveis, como compressores e turbinas que comprimem o ar nas câmaras de combustão. Esse tipo de propulsor também dispensa sistemas de ignição.
Em vez disso, a queima da mistura de combustível e ar ocorre pelo calor na câmara de combustão, que esquenta por força do atrito gerado pela passagem do ar em alta velocidade. De certa forma, o motor hipersônico tem uma concepção relativamente simples. O difícil é fazer ele funcionar.
O motor hipersônico só “liga” em velocidades altíssimas, pois somente desta forma ele consegue aspirar a quantidade massiva de ar necessário para realizar a combustão supersônica.
Por isso, é comum que veículos hipersônicos tenham dois estágios de propulsão, sendo o primeiro normalmente um foguete convencional que acelera o conjunto até o ponto ideal de acionamento do scramjet, onde ocorre a separação.
O protótipo 14-X S testado no CLA, por exemplo, foi acoplado a um Veículo Acelerador Hipersônico, baseado no foguete de sondagem VSB-30, construído no Brasil pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço.
O conjunto voou até a faixa dos 30 km de altitude, onde ocorreu a separação e em seguida a ignição do scramjet, que continuou acelerando até esgotar o combustível (no caso hidrogênio) e alcançar uma velocidade próxima de Mach 6, a cerca de 50 km de altitude.
Segundo a FAB, o demonstrador atingiu o apogeu de 160 km (acima da linha de Kármán, a “fronteira” entre a Terra e o espaço), percorrendo um total de 200 km de distância, e caiu numa área segura no Oceano Atlântico.
“O scramjet apresenta vantagens como ganho de espaço de carga útil, redução do peso total de decolagem e da quantidade de combustível necessário para a operação da aeronave de aplicação civil ou militar em velocidade hipersônica”, relatou a FAB à reportagem.
Aplicações para o scramjet
Motores scramjets são propostos para um dia impulsionarem os “aviões espaciais”, espaçonaves que serão capazes de decolar da Terra, viajar até o espaço e retornar, algo que os Ônibus Espaciais da Nasa faziam no passado, mas com custos muito menores. A motorização também é sugerida para aviões comerciais hipersônicos, previstos para o fim do século 21.
