Solução para apagão de rádio de veículos hipersônicos

Por Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/06/2015

O apagão das comunicações das naves e veículos hipersônicos ocorre porque se forma um "revestimento de plasma" ao seu redor, que impede a passagem das ondas de rádio.[Imagem: NASA]

Silêncio de rádio

O silêncio de rádio que marca a reentrada das naves na atmosfera sempre foi um incômodo para os controladores das missões.

A bem-conhecida saga da Apollo 13 levou as tensões ao pico depois de a tripulação demorar mais de um minuto a mais do que o esperado para retomar as comunicações. E ninguém se esquece do final menos feliz do ônibus espacial Colúmbia.

A boa notícia é que há uma forma de evitar esse apagão das comunicações, segundo Xiaotian Gao e Binhao Jiang, do Instituto de Tecnologia Harbin, na China.

A tecnologia também poderá ser aplicada em outros veículos hipersônicos, de imediato ajudando a coletar informações sobre essas naves e aviões ainda em fase de desenvolvimento, como o HyCAUSE da NASA, o SpaceLiner da ESA e o avião supersônico chinês, ainda sem nome oficial.

Revestimento de plasma

O blecaute das comunicações na reentrada na atmosfera ocorre porque a nave é envolta por um colchão de ar quente ionizado - um plasma - que reflete as ondas eletromagnéticas, impedindo que elas saiam ou cheguem às antenas da nave.

Esse mesmo "revestimento de plasma" ocorre em aviões viajando em velocidades acima de cinco vezes a velocidade do som.

Contudo, experimentos em laboratório já haviam indicado que, em certas condições, esse revestimento de plasma pode até mesmo melhorar o rendimento das antenas, mas ninguém havia entendido perfeitamente esse efeito.

Gao e Jiang descobriram que a melhoria do sinal gerada nos experimentos anteriores foi produzida por uma ressonância - oscilações eletromagnéticas que se equivalem - entre o revestimento de plasma e o ar ao seu redor.

A dupla idealizou então uma forma de replicar essas condições para aplicação em naves e veículos de verdade, em condições operacionais. A única exigência é que as comunicações sejam feitas usando canais de baixa frequência durante o apagão das comunicações.

Camada de equivalência

A solução está em uma "camada de equivalência" a ser adicionada às antenas, gerando um acoplamento entre a nave e o mundo exterior por meio da ressonância produzida entre o ar e o revestimento de plasma.

A camada de equivalência funciona como um capacitor, enquanto o revestimento de plasma funciona como uma bobina, que naturalmente resiste a alterações em uma corrente elétrica que a atravessa. Quando um capacitor e uma bobina são acoplados, eles criam um circuito ressonante.

"Uma vez que a ressonância seja alcançada, a energia pode ser trocada de forma constante e sem perdas. Como resultado, a radiação eletromagnética pode se propagar através da camada de equivalência e do revestimento de plasma como se eles não existissem," explicou Gao.

A única exigência é que a camada de equivalência e o revestimento de plasma sejam menores do que o comprimento de onda das ondas de rádio usadas nas comunicações, o que exige o uso de baixas frequências.

Bibliografia:

A matching approach to communicate through the plasma sheath surrounding a hypersonic vehicle
Xiaotian Gao, Binhao Jiang
Journal of Applied Physics
Vol.: 117, 233301
DOI: 10.1063/1.4921751