propulsão Hall

Um novo tipo revolucionário de sistema de propulsão para uso em missões no espaço profundo, está actualmente em fase de testes…

Conhecido como o propulsor de efeito Hall (HET), o novo sistema de propulsão usa campos elétricos e magnéticos para ionizar um gás propelente e em seguida, expele os iões para produzir o impulso.

A principal vantagem dos propulsores de iões sobre os foguetões químicos convencionais é uma eficiência de combustível muito maior, possibilitando a propulsão de uma nave espacial a velocidades mais elevadas, e apresentando uma durabilidade maior dos propulsores.

A Aerojet Rocketdyne, fabricante de foguetões espaciais, está atualmente a construir e a testar propulsores Hall, como parte do programa Advanced Electric Propulsion System (AEPS) da NASA.

propulsores de Hall

Porquê e como funciona a propulsão com efeito Hall (HET)?

Para que um sistema espacial se deslocar, o sistema de propulsão tem de executar uma força. Esta força é determinada pela velocidade do propelente e pelo fluxo da massa ejectada.

Uma das escolhas para o gás propelente recai sobre o Xenon pela sua elevada massa atómica, fácil armazenamento  e elevada densidade.

O sistema de propulsão de Hall representado esquematicamente na figura,  tem como característica o uso simultâneo de campos eléctricos (E) e magnéticos (B) perpendiculares entre si. 

O gás propelente neutro é injectado como mostra na figura. Por outro lado os electrões ficam presos no campo magnético, e deste modo ionizam o gás. Os iões positivos então criados são acelerados pelo campo eléctrico originando assim a força de propulsão. Devido à sua maior massa os iões positivos não vão ser significativamente afectados pelo campo magnético.

A potência de propulsão é a energia por unidade de tempo produzida do sistema de propulsão Hall.

Propulsores de Hall
Credits: https://www.researchgate.net/figure/Another-depiction-of-a-Hall-thruster-by-Lobbia-66-reects-the-current-state-of_fig1_258694860

Breve historial sobre o efeito de Hall

Os sistemas de propulsão de Hall foram descobertos de uma forma independente nos Estados Unidos e na União Soviética nos anos 60. Em operação são usados em satélites colocados em órbitas geo-estacionárias.

O nome do propulsor deriva de efeito de Hall descoberto pelo Físico Edwin Hall em 1879. Este efeito é utilizado para produzir as chamadas sondas de Hall para medir com precisão campos magnéticos.

A nossa vida diária está rodeada de sistemas que utiliza este efeito, que vão desde a indústria aeroespacial à produção de equipamento médico de imagiologia entre outros.

Este é apenas um dos exemplos onde princípios e descobertas da Física constituem o pilar essencial dos maiores avanços tecnológicos postos ao dispor da nossa Sociedade.

Com a conquista do espaço na mesa decorre na NASA um programa avançado para desenvolvimento para sistemas de propulsão electrica (AEPS) para construção de propulsores de Hall com valores elevados de potência de propulsão.

propulsores de Hall
Credits: Glenn Research Center NASA

Vamos aprender mais sobre o efeito Físico de Hall?

Pense numa placa condutora percorrida por uma corrente eléctrica. Coloquemos esta placa na presença de um campo magnético perpendicular a esta placa.

Devido á presença deste campo magnético perpendicular os portadores de carga da corrente eléctrica, os electrões, são desviados para os lados laterais por uma força magnética dando origem a um campo eléctrico, e portanto a uma força eléctrica transversal que actua igualmente nos electrões. As duas forças, eléctrica e magnética acabam por se equilibrar. Quando isto acontece, a diferença de potencial lateral estabelecida, chamada tensão de Hall, pode-se medir sendo proporcional ao campo magnético aplicado.

Notas:

*Aceite a sugestão do Bit2Geek e leia InSight: Uma missão para estudar o “coração” de Marte

**Este texto foi escrito por Raquel Pereira Crespo. A Raquel é Doutorada em Física Nuclear Teórica pela Universidade de Surrey, Reino Unido, e é actualmente Professora do Departamento de Física do Instituto Superior Técnico. Trabalha como cientista em Física Nuclear Teórica, Teoria das Reacções Nucleares, núcleos exóticos produzidos por feixes de iões radioactivos e reacções de interesse Astrofísico. Foi Membro do INTC (2015-2017) (ISOLDE and Neutron Time-of-Flight Experiments Committee). O Laboratório ISOLDE destina-se à produção de feixes de iões radioactivos a baixas energias para aplicação no domínio da Física Nuclear e Atómica, bem como das Ciências dos Materiais e da Vida.

Foi também membro do Comité Científico R3B/Nustar/FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe), um novo laboratório internacional (International Acelerator Facility), destinado entre outros a estudar a estrutura da matéria e a evolução do Universo, ciências Materiais e Espaço.

É Autora e Co-Autora de cerca de 100 publicações científicas em revistas internacionais e edições especiais com referee. Participou em 19 projectos científicos financiados (8 como investigadora principal) e como convidada em diversas palestras internacionais.

É actualmente Membro Internacional de vários comités de Conferências em Física Nuclear.

IMPORTANTE:

O Bit2Geek convidou alguns cientistas portugueses e estrangeiros para escreverem neste canal, e que temos anunciado no final de cada artigo. Juntou-se á equipa Juan Ángel Vaquerizo, uma referência internacional na área da divulgação científica.

Juan Ángel Vaquerizo, é astrofísico e Coordenador da Unidad de Cultura Científica del Centro de Astrobiología (CAB). Após mais de 10 anos dedicado ao ensino de Ciências ingressou no Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) para trabalhar no projecto PARTNeR, que permite a estudantes fazer testes de radioastronomía, com a   antena da NASA, instalada en Robledo de Chavela (Madrid). Vaquerizo é um investigador particularmente dedicado à “didáctica” científica e desenvolve um extenso trabalho na área da divulgação cientifica. 

Juntamos uma entrevista interessante que deu, a propósito da importância da divulgação científica.

FONTESpace Daily
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Doutorada em Física Nuclear Teórica pela Universidade de Surrey, Reino Unido, e é actualmente Professora do Departamento de Física do Instituto Superior Técnico. Trabalha como cientista em Física Nuclear Teórica, Teoria das Reacções Nucleares, núcleos exóticos produzidos por feixes de iões radioactivos e reacções de interesse Astrofísico. Foi Membro do INTC (2015-2017) (ISOLDE and Neutron Time-of-Flight Experiments Committee). O Laboratório ISOLDE destina-se à produção de feixes de iões radioactivos a baixas energias para aplicação no domínio da Física Nuclear e Atómica, bem como das Ciências dos Materiais e da Vida. Foi membro do Comité Científico R3B/Nustar/FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe), um novo laboratório internacional (International Acelerator Facility), destinado entre outros a estudar a estrutura da matéria e a evolução do Universo.. Autora e Co-Autora de cerca de 100 publicações científicas em revistas internacionais e edições especiais com referee. Participou em 19 projectos científicos financiados (8 como investigadora principal) e como convidada em diversas palestras internacionais. Membro Internacional de comités de Conferências em Física Nuclear.