NASA quer tornar raio trator uma realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica – 01/11/2011

Raios tratores

”]Um raio trator poderia simplificar muito o projeto das sondas e dos robôs espaciais, além de aumentar significativamente seu alcance. [Imagem: NASA]

A NASA resolveu estudar formas de tornar realidade um conceito longamente proposto pela ficção científica: os raios tratores.

Raios tratores são dispositivos que usam a luz para capturar e mover objetos.

Embora nos filmes esses mecanismos sejam capazes de arrastar naves inteiras, a NASA está mais interessada em capturar partículas da atmosfera de planetas ou da cauda de cometas e levá-las até os instrumentos a bordo de sondas espaciais ou robôs espaciais.

Uma vez no instrumento, as partículas poderão ser analisadas.

Isso poderia simplificar muito o projeto das sondas e dos robôs, além de aumentar significativamente seu alcance – no caso de um cometa ou asteroide, por exemplo, um raio trator a laser poderia manter a sonda a uma distância segura dos detritos, além de capturar amostras por um longo período de tempo.

 

Raio trator a laser

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A equipe formada por Paul Stysley, Demetrios Poulios e Barry Coyle, do Centro de Voos Espaciais Goddard, foi encarregada de testar experimentalmente três técnicas para um raio trator.

Todas vão usar raios laser para capturar e transportar partículas.

“A ideia original era de que poderíamos usar os raios tratores para limpar o lixo espacial,” confessa Stysley. “Mas puxar algo tão grande seria praticamente impossível por enquanto. Foi quando surgiu a ideia de que talvez pudéssemos usar a mesma abordagem para capturar amostras”.

Simulações já mostraram que uma abordagem alternativa, chamada raio trator gravitacional, poderia ser usada até mesmo para desviar um asteroide que estivesse em rota de colisão com a Terra.

Em 2010, uma equipe australiana demonstrou pela primeira vez a possibilidade de capturar e mover partículas por longas distâncias usando um raio trator

 

Tecnologias de raios tratores

Vórtice óptico

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A primeira abordagem experimental que a equipe pretende estudar é chamada vórtice óptico ou técnica das pinças ópticas, na qual são usados dois feixes de laser com propagação oposta.

Os dois feixes formam uma geometria semelhante a um anel, que aprisiona a partícula no núcleo sem luz dos feixes em contra-rotação.

Pesquisas iniciais mostraram que é possível mover as partículas ao longo do anel aumentando e diminuindo a intensidade de um dos feixes de luz – na verdade, aquecendo o ar ao redor da partícula aprisionada.

Esta técnica, contudo, como é baseada no aquecimento do entorno da partícula, exige a presença de uma atmosfera – ou seja, ela somente será útil em planetas com atmosferas com densidade suficiente.

Feixes solenoides

A segunda técnica usa feixes ópticos solenoides – aqueles cujos picos de intensidade espiralam ao redor do eixo de propagação.

Essa técnica consegue aprisionar e exercer uma força que movimenta as partículas na direção oposta à fonte do laser.

Em outras palavras, a matéria a ser capturada é puxada de volta ao longo de todo o feixe de luz, como se ele fosse um cano de um aspirador de pó.

Ao contrário da técnica do vórtice, esta usa somente os efeitos eletromagnéticos, podendo operar no vácuo do espaço.

Isto a torna ideal para estudar a composição de materiais em luas, em asteroides e em cometas.

Feixe de Bessel

A terceira técnica por enquanto só existe no papel, nunca tendo sido demonstrada em laboratório.

Ela envolve um feixe de Bessel.

Quando disparado sobre uma superfície, um laser comum aparece como um pequeno ponto.

Um feixe de Bessel, por sua vez, aparece como um ponto circundado por anéis de luz.

Segundo a teoria, o feixe de laser poderá induzir campos elétricos e magnéticos na rota do objeto.

O spray de luz dispersada para a frente por estes campos poderia puxar o objeto para trás, na direção contrária à do próprio feixe.

Bibliografia:

Optical solenoid beams
Sang-Hyuk Lee, Yohai Roichman, David G. Grier
Optics Express
Vol.: 18, Issue 7, pp. 6988-6993
DOI: 10.1364/OE.18.006988

Backward Pulling Force from a Forward Propagating Beam
Jun Chen, Jack Ng, Zhifang Lin, C. T. Chan
arXiv
24 Feb 2011
DOI: 10.1038/nphoton.2011.153

Optical vortex beams for trapping and transport of particles in air
V. G. Shvedov, A. S. Desyatnikov, A. V. Rode, Y. V. Izdebskaya, W. Z. Krolikowski, Y. S. Kivshar
Applied Physics A
Vol.: 100, Number 2, 327-331
DOI: 10.1007/s00339-010-5860-4

 

 

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