Durante a Guerra Fria não faltaram projetos que poderiam ter saído direto das páginas de um romance de ficção científica. Mas um se destaca por ser mais ambicioso que os outros.
O Satellite Power System (SPS) da NASA foi uma ideia para construir uma matriz de painéis solares no espaço e, em seguida, transmitir a eletricidade para a Terra. Cada um dos painéis deveria ser do tamanho de uma cidade, e eles seriam enviados ao espaço por uma frota da maior espaçonave já construída.
Embora isso certamente pareça algo de um filme de Hollywood, a proposta veio apenas uma década após o pouso da NASA na lua, então projetos futuristas pareciam inteiramente dentro do reino das possibilidades.
Um extenso programa de avaliação de vários milhões de dólares, executado entre o início dos anos 1970 e o início dos anos 1980, descobriu que a ideia do SPS era possível e viável. Um cronograma aproximado, elaborado por cientistas, previa que os primeiros satélites adornados com painéis solares começariam a operar no início da década de 1990.
Mas com a chegada dos anos 1990, a ideia parecia ter sido relegada ao reino da ficção científica e um dos projetos mais ambiciosos do século 20 simplesmente desapareceu. Mas por que?
É tudo sobre petróleo
Teria sido quase impossível lançar a ideia do SPS na década de 1960. Por um lado, o Programa Apollo, que conseguiu pousar os primeiros humanos na Lua, estava em pleno andamento na época e era um projeto sem paralelo no portfólio da NASA. Foi um empreendimento monumental que exigiu grande parte dos recursos da agência.
Além disso, a energia era barata na década de 1960. Os preços globais do petróleo mal chegaram a US$ 1,5 por barril, um preço que hoje parece absurdo.
Mas então, em 1973, ocorreu a primeira crise do petróleo, levando à escassez de combustível e a um aumento de cinco vezes no preço do petróleo. O aumento dos custos de eletricidade logo se seguiu e projetos ambiciosos para obter energia mais barata tornaram-se ainda mais cruciais. A NASA começou a trabalhar para encontrar uma solução viável para a crise de energia.
A ideia de painéis solares baseados no espaço apareceu pela primeira vez na década de 1940, sendo popularmente atribuída a Isaac Asimov e seu conto de 1941 “Reason”. Na década de 1960, as primeiras descrições de como implementar a ideia começaram a aparecer, principalmente pelo engenheiro tcheco Peter E. Glaser. A NASA contratou Glaser e sua empresa para liderar o primeiro conceito de estudo, cujos resultados foram publicados em 1974.
Glaser e seus colegas prepararam um artigo de 190 páginas apresentando uma visão otimista sobre a possibilidade de implantação de um painel solar como meio de captação de energia solar no espaço para transmissão à Terra. Embora reconhecendo que um progresso tecnológico significativo ainda precisa ser feito antes que o conceito possa ser implementado, o estudo não identificou nenhum desafio ou impossibilidade esmagadora. O estudo também delineou as maneiras pelas quais o progresso poderia ser alcançado.
Para que o SPS funcionasse, o preço da eletricidade gerada pelo espaço tinha que ser pelo menos igual ao preço da energia gerada por meios convencionais. Para conseguir isso, um método econômico de levar o material ao espaço, juntamente com alguns painéis solares incrivelmente eficientes, precisava ser desenvolvido.
Cidades de ritmo
Os painéis solares foram o núcleo de toda a ideia . Colocá -los em órbita tornaria os painéis solares muito mais eficientes, removendo uma espessa camada de atmosfera, bem como a complicação adicional do clima. Além disso, existem certas órbitas em que os objetos não experimentam o ciclo dia-noite, girando ao redor da Terra de uma maneira que quase nunca os coloca na sombra do planeta. O espaço forneceria uma saída de energia consistente.
A órbita geoestacionária (GEO) é perfeita para isso. As vantagens mencionadas acima resultam em um painel solar que pode coletar 10 vezes mais energia do que se fosse instalado na Terra . Além disso, os objetos no GEO permanecem na mesma posição no céu em relação aos objetos na superfície da Terra enquanto giram em torno do planeta na mesma velocidade em que o planeta gira em torno de seu próprio eixo. Embora substancialmente mais alta e mais difícil de alcançar, essa órbita é perfeita para comunicação direta e ininterrupta entre um satélite e um ponto na superfície da Terra – até e incluindo a transferência de eletricidade através de um feixe de micro-ondas.
Como isso seria feito? Com a ajuda de engenhocas construídas para serem do tamanho das cidades. Em 1980, mais de uma dúzia de estudos foram realizados para aprofundar a avaliação preliminar de Glaser. A maioria foi conduzida como uma colaboração entre a NASA, o Departamento de Energia dos EUA (DoE) e vários subcontratados. A SPS prospectiva começou a tomar forma por meio desses estudos, revelando toda a abrangência do projeto.
Previa-se que o projeto consistiria em 60 satélites, cada um com 10,5 quilômetros (6,5 milhas) de comprimento e 5,2 quilômetros (3,2 milhas) de largura. Consistindo de uma estrutura de metal coberta com painéis solares, os satélites foram projetados para serem grandes quadrados pretos, que seriam claramente visíveis no céu como uma sequência de estrelas extraordinariamente brilhantes.
Uma antena orientável seria anexada em uma extremidade de cada satélite. Lá, a eletricidade coletada seria convertida em micro-ondas e transmitida para a Terra. Um desenho conceitual abaixo mostra tal arranjo. Observe que a antena sozinha, como está representada, tem um quilômetro (0,6 milhas) de largura.
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| Um satélite do Sistema de Energia Espacial |
O projeto previa que dois satélites por ano seriam construídos entre 1992 e 2022 por uma força de trabalho de 1.000 astronautas. Semiautomatizado, o processo de construção veria enormes fábricas móveis montando estruturas semelhantes a andaimes, tecendo alumínio em vigas, vigas em treliças e, finalmente, desenrolando folhas de painéis solares sobre elas.
A antena transmitiria a energia para a Terra, onde uma série de antenas receptoras (retenas) converteria as microondas de volta em eletricidade. Essas grandes estruturas planas se assemelhariam um pouco às usinas solares com as quais estamos familiarizados hoje, embora em escala muito maior.
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| Construindo as treliças |
O plano de ter feixes de radiação de micro-ondas intensos espalhados por todo o país era claramente uma proposta questionável, e extensas avaliações ambientais foram realizadas, sugerindo que muitos mais estudos precisarão ser realizados antes que possamos entender completamente os efeitos de tal sistema. no ambiente. Além disso, mais estudos seriam necessários para encontrar uma maneira de implementar o projeto com segurança.
Caminhões espaciais
Cada satélite SPS tem uma massa de 50.000 toneladas, que é mais de 100 vezes o peso atual da ISS, e o projeto propunha que 60 satélites seriam construídos dentro de algumas décadas. Mas como todo esse material seria transportado para a órbita?
O ônibus espacial, com sua capacidade de carga útil de 29.000 kg (65.000 libras), era inadequado para o trabalho. Algo muito maior tinha que ser desenvolvido e, ao longo da década em que o SPS estava sendo idealizado, várias soluções foram apresentadas. Cada solução foi projetada para ser totalmente reutilizável, pois descartar um foguete após milhares de lançamentos em potencial era insustentável.
O Boeing Space Freighter estava entre esses projetos. Era um foguete de dois estágios com um estágio superior que lembrava o ônibus espacial, mas muito maior e capaz de transportar 420 toneladas para o LEO. A NASA também tentou propor seu próprio Space Freighter de proporções semelhantes, mas mais uma reminiscência de um foguete Saturno V de uma década atrás. O Sea Dragon, um foguete de 150 metros (490 pés) de altura projetado para ser lançado debaixo d'água e projetado para evitar a necessidade de plataformas de lançamento superdimensionadas também foi proposto.
No entanto, nenhuma dessas propostas recebeu tanta atenção, ou foi tão inegavelmente impressionante, quanto o Star-Raker.
Projetado pela norte-americana Rockwell, era um gigantesco avião espacial de estágio único para órbita capaz de transportar mais de 53 toneladas de carga útil para o LEO. Com o peso carregado de 2.130 toneladas (quatro vezes o do Antonov An-225) e uma envergadura de 93 metros (um pouco aquém do Hughes H-4 Hercules) teria se tornado a maior e mais pesada aeronave em operação.
Completo com uma série de motores turbofan, ramjet e foguetes para uso durante vários estágios do voo, o Star-Raker seria capaz de decolar em quase qualquer aeroporto comercial, voar até o equador, acelerar a velocidade hipersônica e explodir em órbita , antes de entregar os materiais à LEO.
Um pequeno clipe animado abaixo mostra uma parte de tal operação, com o Star-Raker voando diretamente para o GEO, um feito para o qual não foi projetado e que exigiria a troca de uma parte significativa de sua carga útil por combustível adicional.
Na LEO, o avião espacial, ou qualquer outro caminhão espacial proposto para o programa, transferiria materiais para uma estação especial. Outra espaçonave, projetada especificamente para operações no espaço, levaria os materiais ainda mais para o GEO.
É tudo sobre petróleo... de novo
Transportar material apenas para LEO é incrivelmente caro. O custo de chegar lá no ônibus espacial foi de mais de US$ 52.000 por quilo (mais de US$ 25.000 por libra). Estudos preliminares para o SPS assumiram que esse custo poderia ser reduzido para US$ 220/kg (US$ 100/lb) e reduzido ainda mais à medida que a economia de massa aumentasse, com a ajuda do Star-Raker ou qualquer um dos sistemas alternativos.
Com isso, o custo de geração de energia elétrica no SPS seria em torno de US$ 1.380 por quilowatt para o protótipo e US$ 250 por quilowatt quando as estações começassem a operar em plena capacidade.
Embora o primeiro não tenha sido impressionante para os padrões da década de 1970, pois apenas o segundo valor era competitivo, na década de 1990, em parte graças à inflação, o custo de geração de eletricidade em usinas nucleares subiu para US$ 1.900 por quilowatt , antes de dobrar novamente em 2009.
Isso tornaria o SPS uma alternativa viável para os padrões atuais? Ninguém realmente sabe.
Por um lado, os ganhos tecnológicos vislumbrados pelos cientistas por trás do projeto SPS não parecem tão absurdos. O estudo inicial de Glaser assumiu que os painéis solares do satélite gerariam 26,7 miliwatts por centímetro quadrado, uma eficiência que era pura ficção científica na época.
A partir de 2022, os painéis solares topo de linha comercialmente disponíveis terão uma potência nominal de mais de 20 miliwatts por centímetro quadrado quando usados na Terra e sem o impulso significativo concedido pela remoção da interferência atmosférica.
Glaser também imaginou seus painéis solares custando US$ 0,0062 por centímetro quadrado. Os mesmos painéis solares usados no exemplo acima custam aproximadamente quatro vezes esse valor, embora seja difícil imaginar quanto o custo poderia ser reduzido se tivessem sido produzidos nas quantidades necessárias para o SPS, ou se tal escalabilidade fosse possível.
Finalmente, o atual detentor do recorde para a transferência de carga útil mais barata para o espaço, o foguete Falcon Heavy, custaria aproximadamente US$ 1.600 por quilo (US$ 727 por libra) para chegar ao LEO. Apenas a SpaceX Starship, que ainda não está operacional no momento da redação deste artigo, promete trazer esses custos abaixo da linha de US $ 200 por quilo prevista pelos cientistas por trás do SPS.
Já estamos lá?
É 2022, o ano em que Glaser imaginou o SPS se tornando totalmente operacional, e o SPS ainda não foi realizado. Este ainda teria sido o caso se bilhões de dólares tivessem sido investidos no programa? Nunca saberemos.
Em 1980, Ronald Reagan foi eleito presidente dos Estados Unidos, e a política espacial do país mudou. Enquanto os estudos sobre o SPS ainda estavam sendo publicados, a NASA começou a encolher o orçamento destinado ao projeto.
O custo do petróleo se estabilizou à medida que o novo governo prosseguiu com a controversa decisão de desregulamentar o mercado . Uma série de iniciativas de energia limpa foram desfinanciadas, revertendo muito do progresso anterior nessa área.
O orçamento da NASA, bastante reduzido em relação ao pico da década de 1960, continua a ser reduzido ainda mais, uma tendência que continua em grande parte até hoje. Com as iniciativas de defesa sendo favorecidas em detrimento da exploração espacial (um período que alguns funcionários da NASA descreveram como a 'idade das trevas'), não havia mais lugar para programas monumentais na escala do SPS, muito menos aqueles que poderiam rivalizar com o Apollo.
Tecnicamente, o projeto não foi abandonado, mas os estudos não foram acompanhados por programas de desenvolvimento.
A NASA revisitou a ideia novamente em 1997, publicando alguns novos estudos e propondo vários conceitos mais modestos quando comparados aos anteriores. Alguns desses trabalhos levaram a experimentos em pequena escala explorando o uso da energia solar no espaço. Embora bem-sucedidos, eles nunca resultaram em um único miliwatt sendo transmitido para a Terra.
E assim, o SPS deixou de ser um programa impressionante com o objetivo de construir satélites do tamanho de cidades, para eventualmente se tornar parte de experimentos e conceitos em pequena escala, uma mera fração dos grandes planos que estavam à vista na década de 1970.
Edição de texto e imagens por Jorge Tadeu (com AeroTime) - Imagens: NASA
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