Quando você imagina uma espaçonave, provavelmente pensa em algo assim,
ou assim,
ou talvez assim.
O que todas têm em comum?
Entre outras coisas, são enormes,
pois têm de transportar pessoas, combustível
e todo o tipo de suprimentos, instrumentos científicos
e, em casos raros, lêiseres potentes que podem destruir o planeta.
Mas a próxima geração de naves espaciais
pode ter tamanho muito, muito menor.
Poderão ser tão pequenas a ponto de caberem no bolso.
Imagine enviar um enxame destas microespaçonaves
para o interior da galáxia.
Poderiam explorar estrelas e planetas distantes,
levando sensores eletrônicos sofisticados
que mediriam tudo, da temperatura aos raios cósmicos.
Poderíamos dispor de milhares delas
pelo custo de uma única missão de um ônibus espacial,
aumentando exponencialmente a quantidade de dados
que poderiam ser coletados sobre o universo.
Individualmente, seriam adaptáveis,
isto é, poderíamos enviá-las a ambientes que são muito perigosos
para um foguete ou sonda de bilhões de dólares.
Várias centenas de pequenas espaçonaves já estão em órbita da Terra,
tirando fotos do espaço sideral e recolhendo dados,
por exemplo, sobre o comportamento das bactérias na atmosfera terrestre
e sobre sinais magnéticos que poderiam prever terremotos.
Imagine o quanto poderíamos aprender a mais
se pudessem navegar além da órbita da Terra.
É exatamente isso que organizações como a NASA pretendem fazer:
enviar microespaçonaves para monitorar planetas habitáveis
e descrever fenômenos astronômicos que não podemos estudar daqui da Terra.
Mas algo tão pequeno não pode carregar
um motor grande ou toneladas de combustível.
Então, como tal nave poderia se lançar?
Para uma microespaçonave, precisa-se de micropropulsão.
Em escala muito pequena,
algumas das conhecidas leis da física não são válidas.
Em particular a mecânica newtoniana do dia a dia deixa de funcionar
e forças que normalmente são desprezíveis tornam-se poderosas.
Estas forças incluem a tensão superficial e a ação capilar,
os fenômenos que regem as coisas pequenas.
Os sistemas de micropropulsão podem otimizar essas forças
para prover energia à espaçonave.
Um exemplo de como isto poderia funcionar
é chamado de propulsão a eletrojato microfluídico.
É um tipo de propulsor iônico,
que expele partículas carregadas e gera momento linear.
Um modelo que está sendo desenvolvido pelo laboratório de propulsão da NASA
mede apenas alguns centímetros de cada lado.
Eis como funciona.
Aquela placa metálica, do tamanho de um selo,
contém uma centena de agulhas bem finas
e é recoberta com um metal de baixo ponto de fusão, como o índio.
Há uma grade metálica acima das agulhas
e cria-se um campo elétrico entre a grade e a placa.
Quando a placa é aquecida, o índio se funde
e a ação capilar faz o metal líquido subir pelas agulhas.
O campo elétrico atrai o metal fundido para cima,
enquanto a tensão superficial empurra-o para baixo
e deforma o índio, sob a forma de um cone.
O pequeno raio das pontas das agulhas
permite que o campo elétrico supere a tensão superficial
e, quanto isso acontece,
os íons positivos são lançados com velocidades de dezenas de km/s.
Esse jato de íons impulsiona a aeronave na direção oposta,
de acordo com a terceira lei de Newton.
Embora cada íon seja uma partícula extremamente pequena,
a resultante das forças que todos eles exercem sobre a nave
é suficiente para gerar uma aceleração significativa.
E diferentemente dos gases de exaustão dos motores de foguetes,
este jato é bem menor
e muito mais eficiente no uso do combustível,
sendo mais adequado para missões prolongadas no espaço profundo.
Estes sistemas micropropulsores ainda não foram testados plenamente,
mas alguns cientistas pensam
que eles fornecerão propulsão suficiente
para levar pequenas naves para fora da órbita da Terra.
Na verdade, eles preveem que milhares de microespaçonaves
serão lançadas nos próximos dez anos
para coletar os dados com os quais, atualmente, só podemos sonhar.
E isto é ciência de microdesafios.