Documento criado em 1° Setembro 05
ASPJ  Em Português 3° Trimestre 2005

Impulsionando
o Futuro
avanços nas tecnologias de
propulsão fornecem uma
fonte de capacidades para
as operações do combatente

Major R/1 Michael F. Kelly, USAF

 O GEN HENRY H. "Hap" Arnold, arquiteto do poder aéreo americano, disse de maneira clara e persuasiva, cerca de seis décadas atrás: "a primeira questão essencial do poder aéreo é a preeminência da pesquisa". Esta declaração simples e, todavia, presciente, nos dias iniciais e inebriantes da aviação, revelou a visão de Arnold a respeito da pesquisa e desenvolvimento aeronáuticos que haveria de configurar profundamente o futuro da Força Aérea.¹ Combinando visão, argúcia política, habilidade de pilotagem e conhecimento de engenharia, Arnold foi capaz de forjar uma missão e lugar para a Força Aérea dos Estados Unidos. Como um dos primeiros no País a receber o brevê de aviador militar diretamente dos irmãos Wright, ele estava especialmente interessado no desenvolvimento da sofisticada tecnologia aérea e espacial que poderia dar aos Estados Unidos vantagem na obtenção da superioridade aérea. Arnold prosseguiu com a promoção do desenvolvimento de inovações transformacionais como aeronaves a jato, foguetes e vôo supersônico.²

De variadas maneiras, Arnold institucionalizou um compromisso com a pesquisa que permanece evidente até hoje à medida que a Força Aérea sustenta uma posição de liderança tecnológica—liderança que produz uma infusão contínua de novas tecnologias para os combatentes por meio de pesquisa de alto risco e alta rentabilidade no Air Force Research Laboratory (AFRL). Mais importante do que isto, sua visão de construir uma superioridade tecnológica lançou os alicerces de nossa capacidade de alcançar as atuais competências centrais da Força Aérea—superioridade aérea e espacial, superioridade na informação, ataque global, combate de precisão, mobilidade global rápida e apoio ágil ao combate. O compromisso de Arnold com a superioridade tecnológica permanece o traço distintivo da cultura da Força Aérea.

Por mais de 85 anos, cientistas, engenheiros, pessoal de apoio e fornecedores da Diretoria de Propulsão têm respondido ao apelo de Arnold para uma pesquisa de nível internacional que ponha, nas mãos dos combatentes da Força Aérea, capacidades que os auxiliem a dominar o ar e o espaço—agora e no futuro. Os 450 programas em andamento, mais de mil pessoas e um orçamento anual superior a 300 milhões de dólares não apenas forneceram uma gama completa de tecnologias de propulsão avançadas para aeronaves, foguetes e naves espaciais, mas, também, levaram a uma pesquisa e desenvolvimento de vanguarda em combustíveis, propelentes e sistemas de energia para emprego em meios aéreos e espaciais. ³ Suas invenções expandiram o envelope das tecnologias de propulsão e levaram os veículos aéreos e espaciais mais alto, mais rápido e mais além—chegando até o espaço—do que Orville e Wilbur Wright poderiam jamais ter imaginado. Hoje, essas tecnologias estão em vôo, no ar e no espaço, em mais de 130 sistemas militares e comerciais, inclusive o F/A-22 Raptor, o recém-batizado caça de ataque combinado (Joint Strike Fighter—JSF) F-35 e os jipes-robôs gêmeos de Marte—Spirit e Opportunity—que pousaram com êxito e começaram a explorar o planeta vermelho em janeiro de 2004.⁴ Este artigo discute principalmente as iniciativas da Diretoria de Propulsão e seus impactos atuais e potenciais—iniciativas que já se realizaram, estão em progresso e estão planejados para o futuro.

Os avanços tecnológicos nos primeiros dias da aviação trouxeram todo um novo conjunto de desafios, e os livros de história confirmam o papel central que as tecnologias de propulsão desempenharam em enfrentar esses desafios nas numerosas realizações do País, no ar e no espaço. Melvin Kranzberg, falecido professor de história da Case Western Reserve University, em Cleveland, Ohio, dizia que a inovação técnica no avião dos irmãos Wright tornou rapidamente necessário novos avanços técnicos para torná-lo mais eficaz.⁵ Esses avanços em motores, sistemas de refrigeração, hélices, sistema de energia e combustível estiveram estreitamente ligados à Power Plant Section, no Campo McCook, em Dayton, Ohio—primeira sede das funções de engenharia de aeronaves do Army Air Corps e tetravô da atual Diretoria de Propulsão. As inovações em propulsão e energia que foram inspiradas pelos irmãos Wright e realizadas ao longo dos anos, no Campo McCook, Campo Wright e, mais tarde, na Base Aérea Wright-Patterson, Ohio, e na Base Aérea Edwards, Califórnia, mudaram espetacularmente o curso da aviação e suas aplicações.

Na idade aérea e espacial, a capacidade de pesquisa e desenvolvimento de propulsão continuará a ser de importância ainda maior e mais urgente. F. Whitten Peters, antigo secretário da Força Aérea e, agora, vice-presidente da Comissão para o Futuro da Indústria Aeroespacial dos Estados Unidos, concordou com a conclusão a que chegou esta comissão em 2002: a propulsão é o elemento crucial para tornar efetivas as futuras capacidades do País no ar e no espaço. A comissão chegou a esta conclusão após reunir-se com mais de cem empresas, organizações governamentais e grupos de interesse, tendo ouvido mais de 60 testemunhas e falado com representantes do governo e da indústria de 7 países estrangeiros. ⁶

Com vistas a manter e fortalecer futuras capacidades, o País precisa criar uma força aérea e espacial de pronta resposta de modo a possibilitar operações militares robustas e distribuídas em todas as competências centrais da Força. ⁷ Como ocorreu com empreendimentos passados, o desafio de longo prazo para criar uma capacidade de pronta resposta aérea e espacial será desenvolver tecnologias que capacitem reações rápidas a operações de combate ou crises onde quer que sejam necessárias, de maneira muito semelhante às que Arnold concebeu nos primeiros dias da aviação.

Fazer face a este desafio e superá-lo exigirá inovação significativa. Os cientistas e os engenheiros já podem imaginar possíveis soluções animadoras à medida que a tecnologia atual amadurece—desde a geração de energia por supercondutores, que permite armas de energia dirigida e alta potência, até motores supersônicos e hipersônicos que possam impulsionar aeronaves de ataque de longo alcance e propulsão avançada de foguetes e motores hipersônicos a reação de combustão atmosférica para possibilidar o acesso fácil ao espaço. Está bem adiantado, também, o trabalho de desenvolvimento de sistemas de propulsão elétrica, solar, à laser e plasma para mini e microssatélites do futuro.

Embora muitas dessas tecnologias possam parecer ficção científica, isto também era o caso do motor a jato, do avião do motor-foguete há apenas 100 anos. Daqui a 50 anos, algumas dessas novas tecnologias ainda podem parecer ficção científica, mas outras terão entrado no domínio do possível. A tarefa que os cientistas e engenheiros de hoje têm à mão é desenvolver a pesquisa que identifique as tecnologias emergentes e as transforme de ficção científica em fatos da ciência.⁸

Se a Força Aérea deseja ter êxito em fornecer ao País uma capacidade de pronta resposta aérea e espacial, os pesquisadores precisam produzir um certo número de tecnologias, incluindo-se uma concentração em propulsão e soluções de energia para aeronaves, armamentos e sistemas espaciais.⁹ Embora seja importante reconhecer que a propulsão é um capacitador crítico, também o são as instalações de testes, que dão apoio à pesquisa e desenvolvimento dessas tecnologias revolucionárias e transformacionais.

Os pesquisadores de propulsão já estão submetendo a testes uma das tecnologias mais promissoras em apoio dessa capacidade: um ramjet [rammed air rocket engine] de combustão supersônica, ou scramjet [Supersonic Combustion Ramjet], motor que usa combustíveis convencionais de jato para alcançar velocidades hipersônicas—velocidades acima de Mach 5. Com tecnologia desse tipo, a Força Aérea poderia lançar uma carga útil em qualquer parte do planeta em algumas horas, fornecendo uma força estruturada para alcançar os objetivos nacionais rapidamente em qualquer parte da superfície terrestre e no domínio aéreo e espacial de proximidade da Terra.

Esta nova tecnologia de scramjet tem potencial para impulsionar futuros veículos hipersônicos, como mísseis de cruzeiro e aeronaves de caça e reconhecimento de longo alcance, a até 8 vezes a velocidade do som. Enquanto as aeronaves e mísseis de hoje voam apenas até a faixa de Mach 3, novas aeronaves e armas hipersônicas forneceriam uma resposta mais rápida aos combatentes, dando-lhes a capacidade de alcançar alvos de oportunidade dentro de algumas horas, se não de minutos.

Apelidado de "HyTech", de hypersonic technology [tecnologia hipersônica], o programa começou em 1995, na esteira do programa cancelado Avião Aeroespacial Nacional (National Aero-Space Plane)—uma iniciativa destinada a desenvolver um veículo movido a scramjet e estágio único até a órbita com combustível de hidrogênio, capaz de, semelhantemente a aeronaves, efetuar decolagens e aterrissagens horizontais. Em contraste, a versão do scramjet desenvolvida pela Força Aérea foi planejada para funcionar com combustível JP-7, um combustível logisticamente mais fácil de se obter do que o hidrogênio. Enquanto a Administração Nacional de Aeronáutica e do Espaço (NASA) continua a buscar o desenvolvimento de um sistema com combustível de hidrogênio por meio de seu programa "Hyper-X", a Força Aérea, usando combustíveis de hidrocarbonetos, como o JP-7, em vez do hidrogênio, espera um dia desdobrar esses sistemas para qualquer lugar, a qualquer instante.

Testes do motor em túnel de vento, concluídos em junho de 2003, demonstraram com êxito a operabilidade, o desempenho e a durabilidade estrutural do sistema scramjet. Apoiando-se em mais de 2.000 testes de componentes por meio de um motor integrado bem mais leve [flight-weight engine], os cientistas e engenheiros da Diretoria de Propulsão, bem como os fornecedores da Pratt and Whitney e do United Technology Resource Center, demonstraram que o motor funciona e estão entusiasmados quanto a estender essas tecnologias a sistemas que darão aos combatentes uma nítida vantagem sobre inimigos futuros. Tendo sido submetidos a 25 testes a Mach 4.5 e Mach 6.5, o flight-weight engine produziu, de maneira confiável, um empuxo líquido positivo significativo, o que é importante porque demonstra capacidade de queimar eficientemente o combustível e acelerar um veículo a essas velocidades. As características térmicas e a durabilidade estrutural do motor também foram validadas a ambas velocidades.

Outra equipe de propulsão está explorando o motor de detonação pulsante, ou PDE—um novo tipo de motor que bem pode ser o primeiro de sua espécie a impulsionar uma aeronave em vôo. Durante anos, os pesquisadores da propulsão em todo o mundo buscaram um modo melhor e mais eficiente de aumentar a velocidade e o desempenho da aeronave. Acreditam que o PDE pode, algum dia, preencher essa lacuna crítica na capacidade dos Estados Unidos de realizarem vôos de alta velocidade simples e a baixo custo. Hoje em dia, o PDE que esses pesquisadores desenvolveram cria empuxos por meio de uma série de explosões controladas de combustível e ar em tubos de detonação que se assemelham a longos canos de exaustão. Planejando um processo em que as detonações de combustível e a mistura de ar são controladas, os pesquisadores foram capazes de desenvolver empuxo suficiente para impulsionar aeronaves futuras. A equipe de propulsão está bem adiantada em fornecer um conceito PDE como um motor barato, de construção simples e mais eficiente para os combatentes de amanhã. Na verdade, o PDE poderia produzir um novo nível de eficiência e capacidade de empuxo a sistemas de propulsão na faixa de Mach 2 a Mach 4, melhorando a economia de combustível, exibindo elevados índices empuxo/peso e simplificando a estrutura mecânica do motor.

A Diretoria de Propulsão também vem buscando aperfeiçoamentos nas tecnologias de motores a turbina, mais tradicionais, para aprimorar o desempenho e a confiabilidade e, ao mesmo tempo, reduzir os custos de manutenção. A pesquisa, desenvolvimento, aquisição e manutenção de motores a turbina são grandes encargos do DOD, com um investimento coletivo anual de US$5,7 bilhões, excluindo-se o custo do combustível. O apoio logístico consome 62% desse orçamento—mais de US$3,5 bilhões—razão por que os líderes da ciência e tecnologia da Força Aérea dão tanta ênfase a reduzir estes custos.¹⁰ Manter as despesas de apoio logístico sob controle é uma das metas das iniciativas de tecnologia de propulsão de motores a reação de combustão atmosférica [air-breathing propulsion technology] em progresso hoje, bem como dos que estão em fase de planejamento.

O Exército, a Marinha, a Força Aérea, a Agência de Projetos de Pesquisa Avançada (DARPA), a NASA e os grandes fabricantes de motores dos Estados Unidos vêm desenvolvendo e demonstrando, em conjunto, por mais de uma década, tecnologias de propulsão de vanguarda no programa Integrated High Performance Turbine Engine Technology [Tecnologia Integrada de Motores a Turbina de Alto Desempenho] (IHPTET). Este programa tem por meta duplicar a capacidade do sistema de propulsão e reduzir os custos de aquisição e manutenção em 35%, até 2005. As tecnologias do IHPTET não apenas tiveram êxito em introduzir-se em muitos dos sistemas de propulsão tradicionais da Força Aérea que equipam aeronaves de combate hoje em dia, mas, também, estão fornecendo as tecnologias que capacitam uma ampla gama de novos sistemas, como o JSF.¹¹

Praticamente toda tecnologia desenvolvida como parte do programa IHPTET pode, de algum modo, transitar para o setor comercial de forma a aperfeiçoar o desempenho, a confiabilidade, a vida útil e os custos operacionais de motores a turbina comerciais—nas aplicações em aeronaves, unidades navais e aplicações industriais. Essas contribuições ajudam a sustentar o saldo positivo do comércio de meios aéreos e espaciais e a manter a participação de mercado dos Estados Unidos na economia de hoje, global e altamente competitiva. Sem o êxito do programa IHPTET, os dinâmicos programas de desenvolvimento de tecnologia de propulsão patrocinados pelos competidores internacionais rapidamente desafiariam a vantagem econômica e militar dos Estados Unidos na propulsão a turbina.¹²

Os êxitos recentes do IHPTET estão fornecendo tecnologias que permitem a modernização crítica da família de motores F100, F110 e F404—a espinha dorsal das aeronaves de combate da Força Aérea. Além disso, o conhecimento necessário à resolução de problemas atualmente identificados nos motores das aeronaves operacionais da Força Aérea, Marinha e Exército tornou-se disponível como resultado das conquistas do IHPTET. Por exemplo, o IHPTET forneceu a tecnologia fundamental do turbofan para o motor F118 que impulsiona o B-2 e demonstrou a viabilidade da maioria das tecnologias escolhidas para o motor F119 do F/A-22. O IHPTET também é a base crítica de todos os conceitos de propulsão do JSF e de outros novos motores, como o F414 que impulsiona o F/A-18E/F Super Hornet.¹³ Como resultado dessas conquistas recentes, os desenhos de turbofan e turbojato ora em desenvolvimento podem conseguir um aumento de 40% na relação empuxo/peso e 20% de redução na queima de combustível em relação aos motores tradicionais; motores turboélice e turboeixo [turboshaft] podem alcançar resultados semelhantes com 40% de ganho na relação potência/peso e 20% de melhoria no consumo do combustível específico; e motores de mísseis a reação de combustão atmosférica podem ter 35% de aumento na relação empuxo-fluxo de ar, queimar 20% menos de combustível e custar 30% menos.

As melhorias de desempenho demonstradas nas iniciativas de desenvolvimento e testes do IHPTET também estão sendo empregadas para prolongar a vida útil ou reduzir os custos dos componentes de sistemas em uso. A meta da terceira fase, de obtenção do aumento de 100% na capacidade empuxo/peso, permitirá ganhos em sistemas específicos tais como Mach 3 sustentado em uma aeronave do porte do F-15; maior alcance e capacidade de carga útil em aeronaves de decolagem em pista curta e aterrissagem vertical (STOVL) da envergadura de um F-18; o aumento de 100% em alcance e capacidade de carga útil em um helicóptero do porte do CH-47; e alcance intercontinental em um míssil do porte de um míssil de cruzeiro lançado do ar (ALCM).¹⁴

Capitalizando os êxitos do IHPTET, o programa Versatile Affordable Advanced Turbine Engine [Motor a Turbina Avançado Versátil de Custo Acessível] (VAATE) concentra-se em atingir ganhos de custo de até 10 vezes na aquisição de motores a turbina até o ano de 2017, por meio de uma iniciativa conjunta do Departamento de Defesa, NASA, Departamento de Energia e indústria aérea e espacial. Paralelamente aos aumentos da capacidade dos motores a turbina, o programa VAATE dá grande ênfase aos custos de pesquisa e desenvolvimento, produção e manutenção. Seus motores serão dotados de numerosas inovações tecnológicas, fornecendo ao combatente a propulsão mais versátil e de custo acessível para sistemas tradicionais (F-16, F-15 e B-1), em processo de desenvolvimento (F/A-22, F-35, veículo aéreo de combate não-tripulado [UCAV]) e futuros (aeronave de caça de longo alcance, transporte de alcance global e UCAV supersônicos.¹⁵

Para o futuro, as tecnologias VAATE garantirão novos aperfeiçoamentos espetaculares na disponibilidade de motores a turbina, não apenas para aplicações militares, como em aeronaves, aeronaves de asa rotativa, mísseis e veículos não-tripulados (UAV), mas, também, para aplicações internas nos Estados Unidos. As qualidades do VAATE incluem um sistema de injeção integrado, sistema de combustão de baixa emissão, turbinas de alta temperatura de longa vida; rolamentos e lubrificantes de alta temperatura; e um sistema de gerenciamento adaptativo e automático do estado do motor.

O programa VAATE, que passou a ser um objetivo tecnológico aprovado pelo DOD, recentemente assinou seu primeiro contrato de aquisição, no valor de aproximadamente US$350 milhões, com múltiplos fornecedores. Os contratos concentram-se em sistemas de materiais, tecnologia de combustível avançada e outras tecnologias de sistema necessárias ao fornecimento de uma capacidade de ataque supersônico de longo alcance.¹⁶

Está em andamento uma transformação revolucionária nas tecnologias de energia elétrica para aeronaves que promete maior confiabilidade da aeronave e cadeia logística significativamente menor para apoiar as forças aéreas e espaciais de amanhã. O programa More Electric Aircraft [Aeronave mais Elétrica] (MEA) é uma realidade que foi demonstrada no recém-batizado F-35 JSF. Em conjunto com as Forças coirmãs, universidades e parceiros da indústria aeronáutica e espacial, os pesquisadores de tecnologias de energia da Diretoria de Propulsão traduziram três décadas de progresso tecnológico em avanços espantosos que prometem uma maior capacidade de combate e redução de 20% do equipamento de apoio de solo (EAS).

A transformação fundamental usa energia elétrica para acionar subsistemas da aeronave que atualmente funcionam por meios hidráulicos, pneumáticos ou mecânicos. Fornece aos projetistas de aeronaves mais opções para acionar caixas de transmissão, bombas hidráulicas, geradores elétricos, superfícies de controle de vôo e uma quantidade de outros subsistemas de aeronaves.¹⁷ Estão sendo projetados novos conceitos, como controle do ambiente elétrico e bombas de combustível elétricas, junto com rolamentos magnéticos para geradores e, afinal, motores a turbina "com maior número de componentes elétricos". Eles prometem simplificações espetaculares nos desenhos de sistemas de aeronaves, aumentando, ao mesmo tempo, a confiabilidade e a capacidade de manutenção nos anos futuros.

O projeto MEA também promete reduzir o pesado e volumoso EAS exigido na base de origem e nos locais de desdobramentos e contingências. Atualmente, o EAS necessário para apoiar 24 F-16 Falcon inclui geradores elétricos, unidades de hidrazina, sistemas autônomos de ar condicionado, unidades de ar de alta pressão e unidades de transporte de fluido hidráulico; são necessários 16 C-141 Starlifter para transportá-lo. Poderia haver uma redução de até 20% no tamanho e no peso do equipamento exigido para apoiar unidades MEA; o transporte aéreo liberado poderia ser usado para transportar outros meios de combate.

Para se ter êxito em fornecer o pleno espectro de pronta resposta aérea e espacial, os pesquisadores da Força Aérea precisam propiciar um certo número de tecnologias que inclui uma concentração nas soluções de propulsão e energia para armas e sistemas espaciais. Como ocorre com outras iniciativas, a Diretoria de Propulsão está colaborando com outras agências governamentais, a indústria e universidades para desenvolver e demonstrar tecnologias de propulsão e energia, bem como garantir a sua aplicabilidade. Essas iniciativas têm o potencial de desenvolvimento evolutivo e revolucionário em uma variedade de armas propulsionadas por motores a reação de combustão atmosférica, mísseis de cruzeiro supersônicos e hipersônicos, armas de energia dirigida aerotransportadas, sistemas de mísseis propulsionados por foguetes, mísseis balísticos intercontinentais (ICBM), lançamentos espaciais, mísseis táticos e propulsão de espaçonaves.

A mais árdua aplicação em armas de curto prazo é a de um míssil de cruzeiro ar-solo de longo alcance de reação rápida movido a scramjet a uma velocidade superior a Mach 6—mais de 4.500 milhas/hora. Esse míssil poderia ser lançado por um bombardeiro ou caça; seu motor-foguete o aceleraria a velocidades de cerca de Mach 4, a partir da qual seu scramjet seria acionado e continuaria sua aceleração até uma velocidade de cruzeiro acima de Mach 6. Embora a duração máxima de seu vôo seja de 10 minutos, voa 7 vezes mais rápido do que uma arma de cruzeiro convencional, de modo a percorrer rapidamente centenas de milhas para chegar a alvos de oportunidade. Um único lançador empregando esta arma hipersônica pode cobrir 49 vezes a área alcançável por uma arma de cruzeiro convencional.

No domínio dos armamentos supersônicos, o programa VAATE discutido antes tornará possível um míssil de cruzeiro modular supersônico de longo alcance dotado de uma capacidade de cruzeiro de Mach 3,5 ou maior. Esta arma de tecnologia avançada também fornecerá rápido tempo de resposta até o alvo, juntamente com um perfil de missão flexível por meio do emprego de motores a turbina de custo acessível, confiáveis e de alto desempenho.

O trabalho da Diretoria de Propulsão em tecnologias avançadas de energia elétrica e gerenciamento térmico também está possibilitando conceitos como armas a laser de alta energia em aeronaves de caça, armas de microondas de alta energia para atacar sistemas eletrônicos e tecnologias não-letais de ondas milimétricas que usam energia eletromagnética para rechaçar adversários que avançam. Têm-se conseguido avanços em áreas que tratam dos desafios de viabilizar estas armas futurísticas.¹⁸

Um dos problemas mais críticos que enfrenta a implementação futura desses sistemas de armas de energia dirigia (DEW) é a energia elétrica adequada. Acrescentar DEWs ao arsenal do combatente forneceria à Força Aérea uma capacidade transformacional significativa. Os cientistas e os engenheiros estão trabalhando com grande empenho para amadurecer as tecnologias necessárias a acumular e fornecer multimegawatts de energia num espaço confinado num caça ou numa plataforma espacial. Estão desenvolvendo uma nova classe de componentes elétricos que operam em altas temperaturas, como comutadores e capacitores, junto com tecnologias de gerenciamento térmico e de supercondutividade. Em todos eles houve grandes progressos em anos recentes. Por exemplo, os que participaram dos testes de desenvolvimento de capacitores de carbono semelhantes a diamante dizem que seu progresso é o mais significativo em décadas. Na verdade, os pesquisadores da Diretoria de Propulsão possibilitaram a produção de capacitores com maior densidade de energia e melhor comportamento com alta temperatura, que são mais do que duas vezes melhores do que os capacitores no estado da arte de hoje. Essas melhorias são cruciais para a utilização de DEW aerotransportadas porque propiciam consideráveis economias do peso do sistema, desempenho elétrico aperfeiçoado, assim como a capacidade de suportar ambientes de operação de alta temperatura.

A próxima geração de cabos supercondutores de alta temperatura, apelidados YBCO por sua configuração molecular de ítrio, bário e óxido de cobre, são outra tecnologia fundamental que possibilita a DEW. Recorrendo ao emprego de tecnologia de condutores YBCO, geradores que utilizam supercondutores de alta temperatura, embora pesem até 80% menos que geradores tradicionais de núcleo de ferro, podem produzir, com grande rapidez, megawatts de energia elétrica.

Conceitualmente, geradores de energia de um a cinco megawatts permitirão que as DEW elétricas operem enquanto houver combustível para os motores a turbina, fornecendo, desse modo, uma "reserva de munições em profundidade". O reabastecimento aéreo eliminaria a exigência de aterrissar e remuniciar a aeronave no sentido convencional. Em contraste, a plataforma do programa Airborne Laser [Laser Aerotransportado] (ABL) usa um laser alimentado a combustível químico para derrubar mísseis balísticos enquanto ainda estiver sobre o próprio território inimigo. Quando todos os reagentes químicos tiverem sido consumidos, a aeronave tem de voltar à base para ser recarregada.¹⁹

O ICBM é uma arma mais tradicional no que se refere a requisitos de propulsão e energia. Embora muitos imaginassem que o final da Guerra Fria significaria o final dos ICBM dotados de ogivas nucleares, não foi esse o caso. A proliferação tanto de armas nucleares quanto de armas não-nucleares de destruição em massa (WMD) entre nações e grupos não-estatais, inclusive terroristas, apresenta sérios desafios aos Estados Unidos, desafios que têm de ser enfrentados por meio da manutenção de uma força nuclear. Contudo, é preciso que essa força nuclear tenha alcance global e a capacidade de ser configurada de maneira a adequar-se às exigências singulares do alvo. Os cientistas e engenheiros da Diretoria de Propulsão, tendo participado de todos os desenvolvimentos de ICBM, desde o Atlas e o Thor, previram essa necessidade e continuaram a buscar aperfeiçoamentos na propulsão de foguetes com combustíveis sólidos para mísseis balísticos e táticos da próxima geração. A pesquisa deles, com investimentos de US$68 milhões, deu ao Peacekeeper a capacidade de transportar mais do que duas vezes a carga útil do Minuteman III, embora coubesse no mesmo silo, e poupou ao programa do Peacekeeper mais de US$22 bilhões, um retorno de investimento em pesquisa de 32000:1. Os pesquisadores continuam a fazer importantes melhoramentos nas tecnologias de ICBM, permitindo que o próximo ICBM exceda em grande medida o alcance do atual Minuteman III.²⁰

Os cientistas e os engenheiros também estão concentrados no firmamento, com iniciativas colaborativas como o programa da Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology (IHPRPT) [Tecnologia Integrada de Propulsão de Foguetes de Elevado Retorno], como iniciativa nacional para aperfeiçoar e duplicar as capacidades do país em todo o amplo espectro de tecnologia de propulsão de foguetes até 2010.²¹ Este programa trata das necessidades de propulsão cobrindo lançamentos espaciais, ICBM, mísseis táticos e propulsão de espaçonaves. Também é uma das poucas vezes, desde o desenvolvimento do motor principal do ônibus espacial, há mais de 30 anos, em que a Força Aérea e NASA estão desenvolvendo em conjunto tecnologia de motores-foguetes reutilizáveis para futuros veículos de lançamento do DOD e da NASA.

O IHPRPT associa-se à indústria e concentra seu esforço de pesquisa e desenvolvimento em áreas como novos propelentes que rompam a barreira de desempenho dos propelentes químicos tradicionais. Sua pesquisa e desenvolvimento também inclui novos subsistemas de propulsão para motores-foguetes a combustível sólido e motores a combustível líquido de custo mais acessível, propulsão elétrica para satélites, propulsão a laser e propulsão solar para transferência de órbita.²²

Um programa conjunto de motores-foguetes da Força Aérea e da NASA, chamado Integrated Powerhead Demonstrator [Demonstrador Integrado de Powerhead] (IPD) demonstrará novas arquiteturas e técnicas para aplicação em futuros motores-foguetes a combustível líquido para melhorar o desempenho e reduzir o peso e o custo. O programa é uma combinação de iniciativas de pesquisa e testes de validação destinados a fornecer componentes novos e eficientes do motor-foguete que preparam e bombeiam combustíveis líquidos e oxidantes para o motor principal. A tecnologia desenvolvida no programa IPD fornecerá o primeiro motor-foguete alimentado a hidrogênio, com uma combustão rica em oxigênio em vários níveis. O programa de testes do IPD espera colocar um motor plenamente integrado para ser testado em 2004 nas instalações de testes Stennis da NASA.²³

Embora motores-foguetes existam há décadas, a continuação de pesquisas como a que está sendo levada a efeito por meio do programa de testes do IPD conduzirá a um retorno muito alto deste investimento, já que a propulsão continua a representar uma percentagem significativa do preço e do custo de qualquer veículo. Por exemplo, no que se refere a um veículo de lançamento espacial, a propulsão é responsável por de 70 a 90% do peso do veículo e de 40 a 60% dos custos do sistema. A propulsão de satélites representa de 50 a 70% do peso e de 25 a 40% do custo. Além disso, a vida útil de um satélite é limitada ao que for menor, ou a vida da energia ou a vida da propulsão, razão por que os pesquisadores empenham-se em desenvolver sistemas de energia e propulsão menores, mais leves, mais potentes e de custo mais acessível de forma a melhorar as capacidades dos veículos espaciais de amanhã.²⁴

Esses novos veículos de lançamento poderiam, ao final, atender a uma capacidade de aumento súbito de lançamentos espaciais a pedido. Acontece que se a Força Aérea puder fornecer rapidamente aos comandantes de força combinada quaisquer meios espaciais necessários, então poderia responder estrategicamente a situações e minimizar a necessidade de meios de inteligência, vigilância e reconhecimento de resolução ultra-alta, de cobertura mundial, em órbita previsível. Os pesquisadores de propulsão estão liderando o caminho para munir os comandantes de força combinada do País da capacidade de responderem rapidamente a qualquer situação mediante o fornecimento de meios espaciais em tempo quase-real. Isto pode ser realizado seja por meio do lançamento ou da manobra de novos meios para o local ou do remanejamento das plataformas ou armas espaciais existentes para onde quer que sejam necessárias dentro de poucas horas.²⁵

Parte do programa HyTech discutido antes inclui a iniciativa destinada a construir um motor durável que forneça sistemas de acesso ao espaço no momento em que sejam solicitados, de custo acessível e reutilizáveis. O programa conjunto X43C Força Aérea-NASA demonstrará tecnologias fundamentais para apoiar esta aplicação. É concebível que um veículo de dois estágios até a órbita possa decolar como uma aeronave convencional que é movida por um motor a turbina avançado como os que estão sendo desenvolvidos no VAATE e, em seguida, alcançar a atmosfera superior por meio de energia combinada de scramjet e foguete para colocar uma carga útil no espaço. Este conceito forneceria flexibilidade tanto à base em terra quanto em órbita, ao custo de apenas a metade dos métodos atuais dando, assim, à Força Aérea um acesso mais econômico ao espaço.

Atualmente, o país não tem motores-foguetes verdadeiramente reutilizáveis para lançamentos espaciais. Os motores do ônibus espacial, baseados em pesquisa da década de 60, são rotineiramente retirados para manutenção e reparos após praticamente cada vôo. Se de fato quisermos viabilizar um transporte espacial operacionalmente de pronta resposta por meio da utilização de veículos de lançamento verdadeiramente reutilizáveis, o país precisa de motores que possam durar um mínimo de 50 vôos entre cada manutenção completa. Assim, ao mesmo tempo que empreendem iniciativas de longo prazo, alto risco e retorno elevado, como motores hipersônicos para acesso ao espaço, os pesquisadores também estão buscando avanços significativos nos motores-foguetes a combustível líquido. Os programas atuais e os planejados estão desenvolvendo os materiais, componentes, combustíveis e outras tecnologias que tornem possíveis veículos de lançamento verdadeiramente reutilizáveis. No futuro, hipersônica e foguetes se juntarão em um ciclo combinado de motores, o que fornecerá novas melhorias em desempenho, custo e capacidade de pronta resposta. Dentro de 20 anos, o país verá a visão dos irmãos Wright sendo levada ao espaço por veículos de lançamento de pronta resposta operacional, que mudarão a natureza do combate por muitos anos no porvir.²⁶

Em prazo mais curto, a Força Aérea tem uma necessidade crescente de microssatélites dotados de propulsão para apoiar um amplo espectro de futuras missões especializadas. Em conjunção com uma capacidade de transporte espacial de pronta resposta operacional, os microssatélites poderiam ser utilizados para reconstituir rapidamente recursos espaciais que tivessem falhado, garantindo ao combatente serviço ininterrupto. Microssatélites individuais podem aproximar-se de satélites danificados e inspecioná-los de forma que o operador possa, em seguida, desdobrar microssatélites especializados para realizar reparos, modernizar a eletrônica ou reabastecer tanques de propelentes.

Os cientistas inventaram o impulsionador de plasma com micropulsos ou microPPT. Este sistema de propulsão miniaturizado pesa cerca de 100g e fornece porções de impulsos precisos na região dos 10 micronewtons. Estas porções de impulso fornecem controle de atitude para pequenos satélites atuais de 100 Kg e manutenção da estação e propulsão primária para a nova geração da classe de microssatélites de 25Kg. As principais características atraentes são o uso do propelente inerte sólido (Teflon®), o esperado elevado impulso específico, quando combinado com aceleração eletromagnética, e uma arquitetura simples baseada em grande medida em componentes de eletrônica comercial qualificados para o vôo. Uma versão comparativamente simples do microPPT está passando por um processo de engenharia de vôo e qualificação para ser demonstrado no satélite FalconSat III da Academia da Força Aérea dos Estados Unidos, cujo lançamento está planejado para 2006. Cinco microPPTs foram incluídos no vôo, para aumentar o controle de atitude do veículo.²⁷

A intenção de enfrentar os desafios tecnológicos que estão adiante é buscar tanto soluções lineares quanto não-lineares que forneçam significativo aumento de capacidades aos combatentes dos Estados Unidos. Os desafios lineares serão enfrentados com iniciativas de ciência e tecnologia que devem amadurecer antes de 2020, que dão continuidade à tecnologia atual. Essas iniciativas acarretam baixo risco e retorno modesto, incluindo veículos de lançamento reutilizáveis e transferência de órbita, veículos de lançamento não-recuperáveis de combustível sólido e híbrido e propulsão de satélites. Os desafios não-lineares da Força são iniciativas que devem amadurecer depois de 2020, radicais inovações tecnológicas envolvendo alto risco, mas retorno muito alto. Incluem-se entre eles ramjets, propulsão aperfeiçoada por magnetoidrodinâmica e lançamentos de energia dirigida.²⁸

Embora esses desenvolvimentos tecnológicos possam levar a muitas implicações estratégicas e de estrutura de força, a meta da Diretoria de Propulsão continua a concentrar-se em desenvolver novas tecnologias de propulsão e energia que apóiem a visão da Força Aérea de pronta resposta aérea e espacial. Essa concentração está documentada em um plano coerente e de apoio mútuo para as tecnologias de energia aéreas e espaciais que abrange os próximos 20 a 50 anos.

Notas:

1. C. V. Glines, "Book review of Hap Arnold and the Evolution of American Air Power por Dik Alan Daso". Aviation History Magazine, disponível em http://www.historybookworld.com/reviews/hbwevolutionofamerica nairpower.html.

2. Pamela Feltus, "Henry ‘Hap’ Arnold", History of Flight Essays, US Centennial of Flight website, disponível em http://www.centennialofflight.gov/essay/Air_Power/Hap_Arnold/AP16.htm.

3. Kristen Schario, "Powering the Future", Technology Horizons Magazine (PR-01-08)(December 2001), disponível em http://www.afrlhorizons.com/Briefs/Dec01/ PR0108.html.

4. Ibid

5. Melvin Kranzberg e Carroll W. Pursell Jr., eds., Technology in Western Civilization: Technology in the Twentieth Century (New York: Oxford University Press, 1993).

6. F. Whitten Peters, discurso principal, 2002 Turbine Engine Technology Symposium, Dayton, OH, 9 de setembro de 2002.

7. Dr. Alan Garscadden e Michael Kelly, "Rapid Aerospace Response: Technological Capabilities Can Provide a Roadmap for War-Fighter Operations", Technical Horizons Magazine, December 2003, disponível em http://www.afrlhorizons.com/Briefs/Dec03/PR0305.html.

8. Ibid

9. Ibid

10. IHPTET brochure, disponível em http://www.pr.afrl.af.mil/divisions/prt/ihptet/ihptet_brochure.pdf

11. Peters.

12. S. Michael Gahn e Robert W. Morris Jr., eds., "Integrated High Performance Turbine Engine Technology (IHPTET) Program Brochure", 2002, disponível em http://www.pr.afrl.af.mil/divisions/prt/ihptet/ihptet_brochure.pdf.

13. Ibid

14. Ibid

15. Burns.

16. Ibid.

17. Michael Kelly, "Power Technologies Create Revolution," Leading Edge Magazine, January 2003, 12, disponível em https:www/afmc-mil. wpafb.af.mil/organiza tions/HQ-AFMPC/PA/leading_edge/archives/2003/Jan/JanWeb.pdf.

18. Michael Kelly, "Powering Transformation: Path to Tactical Directed-Energy Weapons Now Reality Thanks to New Power Technologies", Leading Edge Magazine, August 2003, 10, disponível em https://www.afmc-mil.wpafb.af.mil/organizations/HQ-AFMC/PA/leading_edge/archives/2003/Aug/Augweb03.pdf.

19. Ibid

20. John Remen, gerente de desenvolvimento estratégico da Space & Missile Propulsion Division, Air Force Research Laboratory Propulsion Directorate, entrevistado pelo autor em setembro de 2003.

21. Schario.

22."Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology (IHPRPT) Program Background", disponível em http://www.pr.afrl.af.mil/technology/IHPRPT/ihprpt.html.

23. Ranney Adams, "Air Force Research Laboratory Leading U.S. Rocket Engine Innovations". Aerotech News and Review, 14 July 2003, disponível em http://www.aero technews.com/StoryArchive/2003/071403/afrl.html.

24. Schario.

25. Garscadden e Kelly.

26. Remen.

27. Dr. Greg Spanjers, "New Satellite Propulsion System Has Mass Below 100 Grams". Technology Horizons Magazine, December 2001.

28. Garscadden e Kelly.

Colaborador

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