Uma das formas mais promissoras (e já usada na prática) de propulsão de naves especiais de longo alcance é a que faz uso de motores iônicos. Não são motores químicos nem nucleares, podendo funcionar por muitos anos seguidos e, além disso, o que é mais importante: levar a uma nave à velocidades fantásticas, da ordem de milhares de quilômetros por segundo.
A NASA já usa motores iônicos para posicionar satélites em órbitas ou ainda fazer mudanças de trajetórias, já que os tipos que existem atualmente são de pequena potência. No entanto, as pesquisas prometem elevar a potência desses motores a ponto deles poderem ser usados em naves maiores que possam explorar regiões até mesmo fora do sistema solar.
Existem dois tipos de motores iônicos, ambos baseados no conhecido “efeito das pontas” amplamente estudadas nos cursos de eletrostática.
Quando carregamos uma esfera condutora, conforme mostra a figura 1, as cargas elétricas tendem a se distribuir na sua superfície de maneira uniforme.
O campo elétrico produzido pelas cargas não tem uma intensidade linear. Se a densidade das cargas dobrar, a intensidade do campo fica multiplicada por 4.
Essa não linearidade, somada ao efeito pelicular (as cargas ficam na superfície do corpo) fazem com que as cargas se acumulem nas regiões pontiagudas, ou seja, de maior curvatura.
Assim, se o corpo carregado for alongado ou seja, tiver uma região de maior curvatura, a ação do campo elétrico criado pelas próprias cargas faz com que elas tenham uma concentração maior justamente nas regiões pontas, conforme mostra a figura 2.
Nessas regiões as forças de repulsão entre as cargas são muito maiores o que significa um fenômeno adicional se a curvatura ou ponta do objeto for muito aguda.
Existe um limite para a capacidade de retenção das cargas pelo objeto. Se houver uma concentração excessiva dessas cargas, ou seja, o potencial for muito elevado, e conseqüentemente a força de repulsão, as cargas podem escapar, conforme mostra a figura 3.
Se o objeto estiver no ar (na atmosfera) as cargas que escapam ionizam o ar ambiente e os íons criados, por terem a mesma polaridade das cargas acumuladas na ponta são repelidos. Surge então uma força de repulsão que em contrapartida, gera uma forma reativa que tende a empurrar o corpo carregado para o lado oposto, conforme mostra a figura 4.
Cria-se então um fluxo de íons que lançado numa direção empurra o corpo carregado na direção oposta. Esse é justamente o princípio de funcionamento de um motor iônico do tipo
Esse é o princípio de funcionamento do motor iônico de Plasma, que é justamente o que vamos montar. As cargas ionizam o ar nas proximidades do eletrodo pontiagudo, levando-o a um estado de condução, ou seja, de plasma. Os íons são produzidos e repelidos gerando a força de propulsão.
Outro tipo de motor iônico muito interessante, que o leitor pode desenvolver a partir do mesmo circuito é o E.H.D. ou Electro-Fluid-Dynamics.
Nesse tipo de motor, conforme mostra a figura 5, lembra muito o princípio segundo o qual se obtém a sustentação de um avião baseado no perfil da asa.
Carregando-se um corpo condutor de formato alongado, as cargas se distribuem de tal maneira que tendem a carregar o ar em sua volta por indução, aparecendo assim uma força que o movimenta.
Forma-se então em torno do corpo uma região com valores diferentes de pressão capaz de movimentar o ar e gerar assim a força propulsora. Na figura 6 mostramos o que ocorre num modelo que faz uso este tipo de motor.
Veja que a diferença em relação ao motor de plasma é que não temos a ionização. A simples presença das cargas no corpo cria a força propulsora sem a ionização.
Para este tipo de motor, o problema maior está na sua operação no espaço em que não existe ar.
No vácuo, como não existe nenhum gás para fornecer os íons que devem ser expelidos, o que se faz é injetar na ponta carregada uma pequena quantidade de gás, conforme mostra a figura 7.
Veja que o gás não é o combustível neste caso (nada queima). O gás apenas fornece os íons que serão repelidos para gerar a força propulsora.
A velocidade com que os íons são repelidos num foguete que use esse princípio é enorme. Pode chegar a mais de 80 000 km/s, ou seja, 1/3 da velocidade da luz!
No entanto, a força propulsora obtida é muito pequena, o que significa que na prática um motor iônico tem uma velocidade teórica de no máximo uns 100 000 km/h e mesmo assim atingida depois de um longo tempo de aceleração.
O importante no sistema é que se pode usar um gerador atômico para produzir altas tensões e o gás usado, que é em pequena quantidade, pode durar anos numa nave.
Isso permite que esse tipo de propulsão seja interessante para naves que devam explorar regiões distantes do espaço, como as fronteiras do sistema solar, onde uma viagem demora dezenas de anos. A NASA tem diversos projetos desse tipo em andamento.
Se bem que a propulsão iônica seja viável para aplicações no espaço, na atmosfera a resistência do ar e a pequena força obtida impedem que ela tenha ainda uma aplicação prática importante.
Apenas objetos de poucos gramas podem ser movimentados, mesmo utilizando tensões da ordem de dezenas de milhares de volts.
