Definir os foguetes

Princípio físico

Antes de caracterizarmos os foguetes temos que começar por definir o que são, o que não é fácil. Vamos fazê-lo com base no principio físico que torna possível o seu movimento.

Embora já se fizessem foguetes há muito tempo, o seu princípio só foi descrito com exactidão pela primeira vez quando alguém se lembrou de atravessar um lago num barco sem remos, simplesmente atirando pedras para trás. Funcionou!

É uma aplicação simples da terceira lei de Newton: para cada acção existe uma reacção igual e de sentido oposto. O que quer dizer que quando exercemos uma força sobre as pedras que atiramos, estas exercem uma força igual mas de sentido contrário sobre nós.

Não havendo nenhuma força exterior aplicada ao sistema (barco + pedras), o centro de massa mantém-se quieto na margem do lago. À medida que atiramos as pedras para trás, devido à reacção exercida por elas, o barco desloca-se no sentido oposto ao das pedras, e com a mesma quantidade de movimento (produto da massa pela velocidade), embora o centro de massa do sistema nem sequer se mexa. A isto chama-se lei da conservação do momento linear.

Quem diz "barco" e "pedras" pode muito bem dizer "foguete" e "massa expelida". Mas será que podemos chamar a um barco sem remos um foguete? Podemos definir um foguete como uma máquina a reacção, mas... Um avião a hélice desloca-se por reacção do ar quando empurrado para trás (o hélice puxar ou o ar empurrar é a mesma coisa!), porém existe a diferenca de que o avião não transporta o ar que empurra. Temos então que definir um foguete como uma máquina a reacção que se move por perda de massa. Então e o "nosso" barco? Não é fácil definir um foguete... Na generalidade podemos dizer que é uma máquina que se desloca a reacção, expelindo massa (normalmente um gás) de uma câmara a alta pressão.
Tipos de motores

Os diversos tipos de motores a reacção são muito vastos e bastante complexos. Os mais comuns são os que vemos esquematizados na imagem.

Embora também sejam usados em foguetes, os turborreactores, estatorreactores e pulsorreactores possuem uma entrada de ar que se destina à admissão de oxigénio para a combustão, o que não obedece à "nossa" definição inicial. Mesmo assim o efeito é bastante diferente do simples motor a hélice, aqui a massa expelida é essencialmente resultante dos gases provenientes da explosão do combustível.

Os turborreactores são os vulgarmente designados motores a jacto, usados na maioria dos aviões actuais. Devido ao seu tipo de construção, os estatorreactores e pulsorreactores só funcionam se já possuírem uma considerável velocidade inicial, pelo que, e devido também aos elevados níveis de ruído e vibração, são apenas empregues em determinadas aplicações tipicamente militares e não tripuladas.

Nos foguetes convencionais empregam-se geralmente os motores constituídos por uma câmara de combustão e uma tubeira de saída (a que se dá o nome de expansor). A partir de agora vamos apenas considerar os motores vulgarmente designados de foguete.

Nestes motores são transportadas: uma substância oxidante (carburante) e um combustível. Esta característica permite-lhes funcionarem na ausência de ar exterior ou mesmo dentro de água. A combustão é feita dentro de uma câmara, e os gases resultantes expelidos a alta pressão para o exterior (aproveitando ao máximo a conservação do momento linear) através de um expansor. Existem também conbustíveis que em vez de funcionarem por síntese do combustível, funcionam por dissociação.
Tipos de combustível

Existem dois tipos de combustível para motores de foguete: sólido e líquido, que permitem a construção de motores a combustível sólido, líquido e híbridos. Nos motores de combustível sólido, a mistura propulsante, a que se dá o nome de grão e é composta pelo oxidante + combustível + aglutinante, é transportada na mesma câmara onde se dá a combustão. Em geral, são motores com um tempo de queima muito curto (alguns segundos) e um impulso extremamente elevado. Neste tipo de motores o grão pode ser distribuído de duas maneiras: ou enche de forma maciça todo o espaço da câmara ou é deixado um túnel oco por dentro da mistura e ao longo da câmara. Estas diferenças destinam-se a modificar a área de combustão e, em consequência, a pressão na câmara e o impulso do motor.

Nos motores de combustível líquido, o combustível e o oxidante são transportados em contentores separados e injectados na câmara onde deflagram. Nestes motores podemos regular o impulso a cada instante variando a entrada dos fluidos na câmara de combustão. São caracterizados por um impulso bastante inferior aos sólidos mas possuem um tempo de queima muito mais elevado (vários minutos). Os híbridos são compostos por uma câmara com um combustível sólido, onde é injectado um oxidante líquido. Apresenta a vantagem de ter um impulso elevado, do motor sólido, e facilmente regulável, do motor líquido. Acontece que a sua tecnologia é algo complexa, e na maioria das aplicações torna-se mais viável a utilização de um foguete de dois andares, com um sólido e outro líquido, do que a utilização de um único andar híbrido.
Tamanho e função

Independentemente do tipo de propulsão e dependendo apenas do tamanho e função do foguete, podemos ainda defini-los em diferentes categorias: microfoguetes, minifoguetes, foguetes experimentais e foguetes comerciais. Os microfoguetes destinam-se a iniciar os jovens de espírito J na área aeroespacial. O seu objectivo é unicamente fornecer noções de estabilidade e familiarizar os seus construtores com conceitos de voo.

Os minifoguetes têm características semelhantes aos microfoguetes. Destinam-se a um nível mais avançado de construtores e são necessárias técnicas e capacidades mais desenvolvidas, onde a montagem não é apenas um conjunto de regras a seguir, é já por si uma investigação. Estes foguetes já podem transportar uma carga científica com fim experimental.

Os foguetes experimentais já não se destinam a dar formação aos seus construtores. Têm por objectivo desenvolver as técnicas de construção em si. É com eles que se faz a investigação para aplicar nos mais diversos campos da tecnologia.

Tal como o nome indica, os foguetes comerciais têm por missão a aplicação prática do conhecimento científico adquirido. Muitas vezes, para suportar economicamente a investigação e para tornar mais viável a sua aplicação comercial, utilizam-se os foguetes experimentais como foguetes comerciais.
Conclusão

Já vimos que os foguetes podem ter muitas formas, usar várias técnicas e servir para diferentes fins. Já percebemos os princípios que regem o seu movimento e que os definem. Na próxima CiênciaJ vamos ver alguns deles.
