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Helicóptero espacial de papelão?! Mentira!!

Data: 06 de agosto de 2021.

Autores: Jonathan Marques Teles da Silva, José Victor Ferreira da Silva, Pedro Fernando Almeida Lima Iack, Ana Paula Bernardo dos Santos e Lívia Tenório Vilela Cerqueira Crespo.

Ilustradores: Jonathan Marques Teles da Silva, José Victor Ferreira da Silva e Marya Luísa Damasceno Oliveira. 

Revisora: Lucineide Lima de Paulo.

Helicóptero de nanopapelão

         As sondas, um dos principais meios atuais de exploração espacial, são naves não tripuladas compostas por diversos equipamentos capazes de fazer medições, análises e captura de imagens, tornando possível o estudo das características físico-químicas e da geologia  dos astros presentes no nosso universo.

         Diferente das sondas normais, a abordada neste texto é acompanhada por um helicóptero em miniatura feito de papelão, ou melhor, nanopapelão. Conhecida como Ingenuity, ou também como Helicóptero de Marte, foi lançada junto com a sonda de exploração, Rover Perseverance, em 30 de julho de 2020. Chegou ao Planeta Vermelho em 18 de fevereiro de 2021 e, no dia seguinte, realizou o primeiro voo controlado de uma aeronave em um planeta estrangeiro.

Figura 1 Ingenuity em seu primeiro vôo no solo de marte.gif
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Figura 1: Ingenuity em seu primeiro vôo no solo de marte

Fonte: NASA [2021?]

         Para conseguir voar em uma atmosfera tão rarefeita quanto a de Marte, este pequeno helicóptero foi construído a partir do já citado nanopapelão, que, apesar de possuir esse nome pela sua estrutura oca e formato retângular similar ao um pedaço de papelão, é feito de placas de óxido de alúminio. Essas placas não são apenas ocas por dentro, mas também possuem poucos nanômetros de espessura (de 25 a 400 nm). Isso configura uma estrutura extremamente leve, possibilitando o acoplamento dos sensores necessários para realização de sua missão, que foi escoltar o Rover Perseverance analisando o terreno, e coletar amostras de poeira.

Figura 2 Estrutura do helicóptero de nanopapelão em 3D.gif

Figura 2: Estrutura do helicóptero de nanopapelão em 3D

Fonte: NASA [2021?]

         O modo como voa também é bem peculiar, pois além de suas hélices, essa pequena aeronave conta com a ação da luz do sol para flutuar. Quando um de seus lados é atingido por raios solares, ele naturalmente aquece, fazendo com que o ar, dentro de sua estrutura oca, circule. Isso provoca o fenômeno que conhecemos por diferencial de temperatura, segundo o qual o ar quente sobe e o ar frio desce intercaladamente, dando a essa sonda uma pequena habilidade de flutuação. Isso normalmente não teria efeito sob dispositivos convencionais; entretanto, pelo fato de o nanopapelão ser extremamente leve, essa característica, de certa forma, acaba por ajudar em sua propulsão.   

 

Nanossensores

 

      Sabemos, entretanto, que sondas não são as únicas coisas que queremos no espaço: o sonho da exploração espacial vai além, levando humanos a lugares dificilmente alcançados. Mas há fatores de grande risco nessas aventuras, como a exposição a radiações desconhecidas. Desde que nascemos, estamos expostos a um determinado grau de radiação – que, apesar de trazerem a possibilidade do desenvolvimento de doenças, são riscos menores do que os relacionados à radiação fora da atmosfera da Terra. Já as radiações as quais o corpo humano nunca foi exposto podem ser extremamente perigosas.

         Por isso, a NASA tem desenvolvido e financiado estudos com universidades norte-americanas parceiras há anos, para desenvolver tecnologias que auxiliem na detecção de radiação presente no corpo humano. Um dos estudos desenvolvidos por pesquisadores da Universidade de Michigan (Michigan, Estados Unidos) foi a criação de nanossensores que detectam radiação presente na corrente sanguínea. Antes do início da missão, os astronautas recebem um fluido na corrente sanguínea que contém os nanossensores: eles se alojam nos linfócitos, células escolhidas por sua sensibilidade à radiação, e ficam monitorando toda e qualquer alteração em sua estrutura celular. Quando reconhecidas as alterações, os nanossensores enviam informações para o painel principal da nave através de um pequeno dispositivo que fica junto aos astronautas, do tamanho de um aparelho auditivo. 

Figura 3 Imagem da nanopartícula gerada por computador.jpg

Figura 3: Imagem da nanopartícula gerada por computador

Fonte: Ciência Viva 2004

      Os linfócitos são células geneticamente programadas para realizar a apoptose, conhecida comumente como suicídio celular. Nesse processo, eles se autodestroem para remover células infectadas por vírus ou potencialmente cancerígenas, as quais, no ambiente espacial, muito provavelmente serão devidas à radiação. Quando é iniciado o seu processo de degeneração, nanopartículas de carbono se ativam, emitindo uma fluorescência que anuncia a presença de radiação. A radiação infravermelha presente em um dispositivo colocado no canal auditivo é capaz de detectar, através dos capilares, a luminosidade na célula e comunicar o que está acontecendo no corpo.

 

Nanovelas

 

         Mas a segurança de nossos astronautas não é a única preocupação presente em uma viagem estelar: o método de transporte também é algo a ser pensado, devido à quantidade de combustível necessário para a realização de tal feito. Isso deixa de ser o problema quando introduzimos a nanovela, um conceito de tecnologia de propulsão que se baseia no uso de radiação solar, ou de qualquer outra radiação, para a propulsão. A fonte pode ser tanto a luz do sol quanto um feixe de radiação eletromagnética de um laser: contanto que sejam refletidos pela superfície da vela, a nave se moverá. Essa propulsão se dá principalmente por fótons, partículas de luz, que ao refletirem na vela geram uma energia capaz de produzir uma força, que pela lei da ação e reação, catapulta a nave em uma direção. Parecido com a experiência de um veleiro no mar, só que com a diferença de que o “vento” é substituído por raios luminosos, e não o ar propriamente dito, esse método se torna possível graças a refletores compostos por membranas de nanotubos de carbono mais finas que fios de cabelo. 

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Figura 4: Nanovela ou Vela Solar

Fonte: OLIVEIRA, 2019

        É pelos recentes avanços tecnológicos nestes refletores, que hoje já é teoricamente possível a realização de um projeto de uma vela solar, que serviria para transportar cargas essenciais a uma velocidade muito maior do que a atingida por qualquer outro método de propulsão. Isso se deve tanto ao fato do material da vela ser muito leve e refletivo, quanto ao modo como a vela é lançada. Ao se lançar em direção ao sol, dependendo de seu ângulo, torna-se possível realizar uma manobra ao redor da estrela, que por sua vez, a aceleraria consideravelmente, tornando possível o transporte interplanetário de itens cruciais, como comida e água para astronautas em missões espaciais.

        A confecção de uma vela com essas propriedades ocorre exclusivamente pelo uso de nanotubos de carbono que, além de promover as já citadas leveza e capacidade refletiva do material, ainda resolvem problemas em relação ao aquecimento. Pois por ser um material resistente a variações de temperatura, impediria que a vela solar esquentasse, prejudicando seu funcionamento, uma vez que tal vela estaria recebendo luz solar diretamente e de forma constante.

Fontes:

CORTES, J; STANCZAK, C; AZADI, M; NARULA, M; NICAISE, S. M; HU, H; BARGATIN, I. Nanonaves flutuantes vão estudar atmosfera de Marte e da Terra. Site Inovação Tecnológica, 2020. Disponível em: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=nanonaves-flutuantes-vao-estudar-atmosfera-marte-terra&id=010130200424#.YP3iWbqSmHu. Acesso em: 06 de junho, 2021.

 

LIN, C; NICAISE, S. M; LILLEY, D. E; CORTES, J; JIAO, P; SINGH, J; AZADI, M; LOPEZ, G. G; METZLER, M; PUROHIT, P. K; BARGATIN, I. Nanocardboard as a Nanoscale analog of hollow sandwich plates. Nature Communications, 2018. Disponível em: https://www.nature.com/articles/s41467-018-06818-6. Acesso em: 06 de junho, 2021.

 

MANTENHA os astronautas saudável com nanosensores e nanorobôs. Faqcartx, [2011?]. Disponível em: https://faqcartx.info/educa%C3%A7%C3%A3o/22105-mantenha-os-astronautas-saud%C3%A1vel-com-nanosensores.html. Acesso em: 10 de junho, 2021.

 

MARS Helicopter Tech Demo. NASA Science, [2021?]. Disponível em: https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/#Activities-For-Kids. Acesso em: 09 de junho, 2021.

 

MORRISON, A. NASA To Explore Mars With Nano Aircraft Made From Cardboard. Scommerce, 2020. Disponível em: https://www.scommerce.com/nasa-to-explore-mars-with-nano-aircraft-made-from-cardboard/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=nasa-to-explore-mars-with-nano-aircraft-made-from-cardboard. Acesso em: 09 de junho de 2021.

 

NANOSENSORES na corrente sanguínea. Ciência Viva, 2004. Disponível em: https://www.cienciaviva.pt/rede/space/home/sugestao24.asp. Acesso em: 23 de julho, 2021.

 

NANOSENSORES protegerão astronautas da radiação. Site Inovação Tecnológica, 2002. Disponível em: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010130020716&id=010130020716#Imprimir. Acesso em: 10 de junho, 2021.

 

OLIVEIRA, J. A. Nave que usa luz do Sol como combustível é lançada ao espaço. Super Interessante, 2019. Disponível em: https://super.abril.com.br/ciencia/pequeno-satelite-que-usa-luz-do-sol-como-combustivel-e-lancado-ao-espaco/. Acesso em: 23 de julho, 2021.

 

SANTOLI, S. Carbon Nanotube Membrane Solar Sails A Challenge for Extremely Fast Space Flight. Intech Open, 2010. Disponível em: https://www.intechopen.com/chapters/10009. Acesso em: 06 de junho, 2021.

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