Um propulsor Hall é um motor de nave espacial que não queima nada: ele usa eletricidade para arrancar pedaços dos átomos de um gás e atirar essas partículas para trás, muito rápido. O empurrão que ele faz é absurdamente pequeno — na sonda Psyche, da NASA, o máximo são 240 milinewtons, que a própria agência compara ao peso de uma pilha AA na palma da mão. E mesmo assim essa coisa está levando uma nave de quase três toneladas até o Cinturão de Asteroides.
A pergunta óbvia é como. A resposta é que empurrão fraco por muito tempo ganha de empurrão forte por pouco tempo — e o resto deste texto é essa frase explicada com números.
O motor por dentro: gás, eletricidade e ímã
O combustível é xenônio, um gás nobre, dos que não reagem com nada. A sonda Psyche leva até 1.085 quilos dele em sete tanques de 82 litros cada.
O caminho da energia é este, segundo a NASA:
- Os painéis solares transformam luz do Sol em eletricidade.
- Essa eletricidade arranca elétrons dos átomos de xenônio. Átomo sem elétron vira íon, uma partícula com carga elétrica — e partícula com carga obedece a campo elétrico e a ímã, coisa que átomo neutro não faz.
- Campos elétricos e magnéticos aceleram esses íons e os cospem para fora do motor.
A luz que sai é azul-esverdeada, e é por isso que as fotos de teste parecem ficção científica. Não é efeito de edição: a NASA descreve o brilho azul como o do plasma de xenônio em funcionamento, o mesmo tipo de luz que um gás emite dentro de uma lâmpada fluorescente.
Repare no formato na foto: o motor é um anel, não um bico. É por esse canal circular que o gás entra, vira íon e sai — e é a combinação de campo elétrico com campo magnético dentro dele que faz o serviço.
Por que o empurrão é tão fraco
Porque um motor desses está jogando fora pouquíssima matéria por segundo. A força de qualquer foguete vem de atirar massa para trás: quanto mais massa por segundo, mais empurrão. Um motor químico esvazia o tanque em minutos. Um propulsor Hall libera o gás aos pouquinhos, por anos, e compensa atirando esse pouquinho muito mais rápido.
É a diferença entre o jato de uma mangueira e o fio de água de uma seringa. A mangueira molha você e te empurra; a seringa, se você apertar com força, atira longe — mas não empurra ninguém.
O resultado prático: 240 milinewtons na Psyche. O AEPS de 12 quilowatts, o motor desse tipo que a NASA está qualificando para a estação lunar, chega, segundo os documentos da agência, a mais de 580 milinewtons. Convertendo para a unidade da balança de cozinha, isso dá menos de 60 gramas-força.
A conta que muda tudo: fraco vezes muito tempo
Aqui estão os ingredientes, todos publicados pela NASA:
| Dado da sonda Psyche | Valor |
|---|---|
| Massa no lançamento | cerca de 2.747 kg |
| Empuxo máximo | 240 milinewtons |
| Motores a bordo | 4 propulsores Hall, um ligado por vez |
| Xenônio | até 1.085 kg |
| Energia dos painéis | 21 kW perto da Terra; 2,3 a 3,4 kW no asteroide |
| Painéis abertos | 25 m por 7,3 m |
| Lançamento | 13 de outubro de 2023 |
| Início da missão principal | previsto para agosto de 2029 |
Com empuxo e massa dá para fazer a conta sozinho. Força dividida por massa dá aceleração: 0,240 newton divididos por 2.747 quilos dão 0,0000874 metro por segundo a cada segundo. É um número ridículo. Mas o segundo passa, e passa de novo:
- Em um dia: cerca de 7,5 metros por segundo, ou 27 km/h.
- Em um mês: cerca de 226 metros por segundo, ou 815 km/h.
- Em um ano: cerca de 2,8 quilômetros por segundo, perto de 9.900 km/h.
Essa última linha é o pulo do gato: quase dez mil quilômetros por hora de velocidade a mais, num ano, saindo de um empurrão que mal se sente na mão.
A imagem que resolve isso na cabeça é a da goteira. Uma gota d'água não derruba ninguém; a goteira que pinga a noite inteira enche o balde. O motor elétrico é a goteira.
Duas honestidades sobre essa conta. Ela é cálculo nosso com números da NASA, não um número publicado pela agência: os motores não ficam ligados o tempo todo, e a aceleração na verdade cresce com o passar dos meses, porque a nave vai ficando mais leve à medida que gasta xenônio.
Dez vezes menos combustível
A vantagem não é a velocidade final: é o peso que fica em casa. A NASA publica que um sistema de propulsão elétrica solar usa cerca de dez vezes menos propelente que um sistema químico equivalente, do tipo usado na nave Orion ou no ônibus espacial.
Menos combustível a bordo significa foguete menor no lançamento, conta menor, ou — a parte boa para a ciência — mais instrumentos no lugar do tanque. É a mesma lógica de viajar com mala de mão: você não anda mais rápido, você anda mais barato e leva o que importa.
O preço disso é paciência. A Psyche vai levar quase seis anos e cerca de 3,6 bilhões de quilômetros para chegar onde vai, e um motor desses jamais tiraria coisa alguma do chão. Decolar da Terra continua sendo trabalho de motor químico, pelo motivo explicado em Como funciona um foguete? A explicação simples: para vencer a gravidade na largada é preciso força bruta, não teimosia.
Onde esse motor já está trabalhando
Não é tecnologia de amanhã. Segundo a NASA, centenas de naves já usam propulsão elétrica solar, quase sempre na faixa de 1 a 10 quilowatts, para corrigir órbita e mudar de posição sem gastar tanque.
| Onde | Para quê |
|---|---|
| Sonda Psyche | Toda a propulsão principal da viagem ao asteroide |
| Estação lunar Gateway | Três motores AEPS de 12 kW no módulo de energia |
| Sonda BepiColombo | Frear a caminho de Mercúrio |
| Satélites de comunicação | Manter a posição em órbita por anos |
O caso da Psyche tem um detalhe que vale guardar: segundo a NASA, os propulsores Hall dela são os primeiros a serem usados além da órbita da Lua. As sondas elétricas anteriores da agência usavam um primo desse motor, o propulsor iônico de grades, que acelera os íons com telas metálicas em vez de um canal magnético.
A frota da estação lunar está contada em O Gateway: a estação espacial lunar que a NASA pausou, e a história de uma viagem inteira freada a motor elétrico está em BepiColombo chegando a Mercúrio: por que a viagem levou 8 anos.
O limite: ele precisa de tomada
Todo propulsor Hall depende de uma coisa que o motor químico dispensa: energia elétrica, muita e constante. Perto da Terra, painel solar resolve. Longe do Sol, não resolve — e é por isso que as sondas que vão para o Sistema Solar exterior ainda dependem de outras soluções, contadas em Por que as sondas da NASA usam energia nuclear?.
É exatamente esse o gargalo que a NASA está tentando furar com reatores de fissão a bordo, uma ideia que ganhou data recente e está em O motor nuclear que vai levar 3 helicópteros a Marte. A lógica é simples: o motor elétrico já funciona; o que falta é a tomada.
