Nanomotores salgados

A miniaturização tecnológica operou maravilhas na Terra nas últimas décadas — e graças à crescente diminuição de componentes eletrônicos que você pode levar no bolso um smartphone equivalente a uma máquina fotográfica, máquina de escrever, computador, jukebox e telefone. Agora que alcançamos os limites da miniaturização na Terra, o desafio é mandar essa tecnologia para o espaço.

Os diversos satélites que circundam o nosso planeta são grandes, pesados e volumosos como um carro (ou até mais), o que torna seu lançamento e controle algo bastante caro — é preciso ter um bom programa espacial só pra manter isso. Com tantos trambolhos lá em cima, acumulando-se em lixo espacial, a promessa dos nanossatélites é bastante atraente.

Apesar do nome, eles não são microscópicos: os nanossatélites têm mais ou menos o tamanho de uma caixa de sapato. Mas botar uma caixa de sapato em órbita não é tão simples quanto parece. Por um lado, ainda há a dependência dos foguetes de lançamento tradicionais (aquelas coisas grandalhonas, barulhentas e explosivas). Por outro lado, como controlar uma caixa de sapato no espaço?

Ao contrário do que muita gente pensa, o espaço não é um vácuo perfeito. Lá fora existem o vento solar, as partículas varridas das camadas superiores da atmosfera, os micrometeoritos e, claro, um monte de satélites cada vez mais obsoletos. Os grandes satélites, ao menos, têm a vantagem de resistirem às ameaças menores e podem ter suas rotas corrigidas por meio de seus motores. Para funcionar de maneira efetiva, os nanossatélites também vão precisar de mecanismos de propulsão e correção de curso.

Saleiro úmido

Para isso, estão sendo desenvolvidos motores de líquidos iônicos — esses líquidos nada mais são que sais liquefeitos. Ao atravessar um campo elétrico gerado pelas baterias de um nanossatélite, esse combustível salgado é acelerado e lançado para fora pelos propulsores, que têm mais ou menos o tamanho do bico de uma caneta. Quando se juntam vários desses propulsores, há aceleração suficiente para levar o nanossatélite a grandes distâncias. Grandes mesmo, já que teoricamente eles poderia até chegar ao exoplaneta mais próximo. Mas tem um porém.

Não é preciso ser um engenheiro de foguetes para perceber que esses motores salgados têm um problema. Em certas condições, o sal pode se cristalizar no bico do propulsor, que pode até ficar entupido feito um saleiro úmido. Não adiantaria muito mandar uma caixa de sapato pra espionar outro planeta se ela pifar logo nos primeiros quilômetros de viagem. Para resolver esse problema, é preciso ser engenheiro, como os da Universidade Tecnológica do Michigan (UTM) e da Universidade de Maryland (UM).

Sob orientação do Professor L. Brad King, Kurt Terhune, graduando em engenharia mecânica da UTM, decidiu estudar o entupimento dos motores salgados. Os dois buscam saber exatamente como ocorre a solidificação dos líquidos iônicos nos bicos propulsores. Colocar o motor sob um microscópio, ligá-lo e observar seu funcionamento seria algo simples, se não fosse um motorzinho com sal movido por um campo elétrico.

“Encontrar a própria nanoponta [de sal] do propulsor com um microscópio eletrônico é como procurar por uma moeda no chão de uma sala olhando por um canudo”, explicou o Prof. King em comunicado divulgado pelo Phys.org. “Se aquela moeda mudar de lugar, como acontece com a ponta do sal derretido, vai sair do enquadramento e você tem que recomeçar a varredura do zero.”

Pé de sal

Para conseguir fazer as observações microscópicas necessárias, King e Terhune recorreram a John Cumings, da Universidade de Maryland, reconhecido por sua habilidade em lidar com microscopia em condições desafiadoras. No laboratório de imageamento avançado e microscopia da UM, Cumings e seus colegas colocaram um pequeno propulsor sob um microscópio de transmissão eletrônica.

Nesse tipo mais avançado de microscópio eletrônico, com resolução de milionésimos de metro, eles observaram a formação de uma gota de sal derretido, que formou uma ponta e só então passou a emitir os íons. Não demorou muito para o aparecimento de uma estrutura dendrítica, semelhante a uma árvore.

“Fomos capazes de observar o acúmulo de estruturas dendríticas em tempo real”, disse Terhune. “O mecanismo específico ainda precisa ser investigado, mas isso pode ter importância para uma espaçonave em ambientes de alta radiação.” Esse é outro problema: os pequeniníssimos galhinhos de sal observados pode ter sido causados pelo próprio microscópio. Os intensos fluxos de elétrons perturbam algumas das ligações entre átomos do líquido iônico. Ao ser danificada, a estrutura do sal se solidifica e se acumula, talvez de maneira mais rápida do que realmente acontece.

Embora sejam inconclusivos, os resultados publicados em 03/08 por Terhune et. al. na Nanotechnology tiveram êxito em identificar e confirmar o problema com os propulsores abastecidos com sal. Enquanto não aparecem motores iônicos que não entopem, os lançamentos de satélites de qualquer tamanho vão continuar sendo salgados, muito salgados.

Referência

Kurt J Terhune et al. Radiationinduced solidification of ionic liquid under extreme electric field [Solidificação radioinduzida de líquido iônico sob extremo campo elétrico], Nanotechnology, vol. 27, nº. 37 (2016). DOI:10.1088/0957-4484/27/37/375701