Instituto está projetando material para velocidades hipersônicas

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Instituto está projetando material para velocidades hipersônicas
Voo hipersônico Battelle
(Fonte: DARPA)

A corrida global pelo voo hipersônico continua a esquentar. Atualmente, os Estados Unidos, Rússia, China, Austrália, Índia, França e Alemanha estão desenvolvendo ativamente tecnologias para permitir o voo a mais de cinco vezes a velocidade do som.

Mas projetar um veículo capaz de viagens rotineiras a quase 6.500 quilômetros por hora é apenas uma parte do problema – projetar um exterior que possa sobreviver a essas velocidades extremas é outra. As temperaturas da superfície de uma aeronave movendo-se em velocidades hipersônicas podem atingir até 2.760 graus Celsius. Temperaturas tão extremas são suficientes para destruir quase qualquer material usado atualmente para voar.

Para enfrentar esse desafio, o Battelle Memorial Institute anunciou no mês passado que faria uma parceria com o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA para apoiar a fabricação de novos materiais capazes de suportar essas temperaturas extremas em voo.

Em setembro, o Battelle Memorial Institute recebeu um contrato potencial de sete anos e US$ 46,3 milhões do Departamento de Defesa para “apoiar a fabricação de materiais de proteção térmica que podem resistir a ambientes hipersônicos extremos”.

O Laboratório de Pesquisa da Força Aérea selecionou Battelle entre cinco outros licitantes para “o contrato de Entrega Indefinida/Quantidade Indefinida (ID/IQ) para a fabricação de compostos de carbono-carbono (CC) para aplicações hipersônicas”, disponibilizando US$ 6,3 milhões imediatamente para pesquisa e desenvolvimento, teste e avaliação.

Em um comunicado à imprensa, Battelle observa:

“A urgência de atender e exceder as capacidades em sistemas de armas hipersônicas aumentou a importância de resolver os desafios científicos e de engenharia assustadores que tornaram o voo confiável em velocidades hipersônicas (Mach 5+) indescritível.”

O interesse em realizar o voo hipersônico remonta a décadas. Em 1967, um projeto conjunto da Força Aérea dos EUA e da NASA, o North American X-15, atingiu uma velocidade máxima de Mach 6,7 a uma altitude de 102.100 pés (31.000 metros). Até o momento, o X-15 detém o recorde mundial de voo com tripulação mais rápido. Após uma série de problemas, no entanto, incluindo a morte do piloto da USAF Michael J. Adams durante um voo de teste, o programa do X-15 foi cancelado em dezembro de 1968.

Nos últimos anos, a China e a Rússia priorizaram o desenvolvimento de armas Mach 5+. Um relatório do Serviço de Pesquisa do Congresso sobre armas hipersônicas publicado em 1º de dezembro observa que atualmente se acredita que ambas as nações possuem armas hipersônicas operacionais.

Em 2018, o ex-subsecretário de Defesa para Pesquisa e Engenharia Michael Griffin testemunhou ao Congresso que os Estados Unidos “não têm sistemas que podem colocar [China e Rússia] em risco de maneira correspondente, e não temos defesas contra [seus] sistemas”.

O Pentágono mudou rapidamente para tornar as armas hipersônicas uma prioridade em resposta às preocupações sobre a capacidade de velocidade extrema da Rússia e da China. No orçamento do Pentágono para o ano fiscal de 2021, as solicitações relacionadas à pesquisa hipersônica totalizam US$ 3,2 bilhões – acima dos US$ 2,6 bilhões no ano fiscal anterior. Desse financiamento, pelo menos US$ 206,8 milhões são destinados a programas de defesa hipersônica.

O Departamento de Defesa (DoD) já tem seis programas hipersônicos diferentes reconhecidos em vários estágios de desenvolvimento.

O site Debrief contatou o Battelle para comentar; no entanto, a porta-voz da mídia Katy Delaney disse, “os especialistas estão contratualmente proibidos de falar sobre este assunto”.

Embora os cientistas não possam discutir seu trabalho atual, alguns avanços recentes na ciência dos materiais podem indicar como o Battelle pretende resolver alguns dos problemas estruturais associados à velocidade hipersônica.

Há alguns anos, pesquisadores da Universidade de Manchester no Reino Unido e da Universidade Central do Sul da China anunciaram que criaram um novo tipo de revestimento cerâmico usando carboneto de zircônio (ZrC). Conhecido como cerâmica refratária por sua extrema resistência ao calor, o ZrC é comumente utilizado na fabricação comercial de brocas e ferramentas de corte por este motivo, bem como por sua extrema resistência e dureza.

Os pesquisadores usaram um processo chamado infiltração reativa de fusão para acelerar o processo de fabricação e reforçar ainda mais o material com um composto de carbono-carbono. Compósitos de carbono reforçados com fibra de carbono foram usados ​​para o cone do nariz e bordas de ataque do orbitador do ônibus espacial. Carbono-carbono também tem sido o material padrão usado para discos de freio e pastilhas de freio em carros de corrida de Fórmula 1 por mais de 40 anos.

De acordo com os pesquisadores, o revestimento de cerâmica com infusão de carboneto de zircônio que eles criaram pode mitigar efetivamente os problemas estruturais causados ​​pela oxidação e ablação durante o vôo hipersônico. Como resultado, diz-se que o material revolucionário é doze vezes mais eficaz na dissipação de calor do que outros materiais disponíveis atualmente.

Jordan Kenny, porta-voz da Universidade de Manchester, disse que o novo revestimento “pode ​​revolucionar as viagens hipersônicas para fins aéreos, espaciais e de defesa”.

Resta saber se os cientistas do Battelle planejam usar os compostos ZrC em seu trabalho ou se têm algo mais exótico na manga. Brent Carey, um cientista pesquisador sênior que lidera o programa, disse:

“No final do dia, nosso objetivo é melhorar o desempenho e encurtar o tempo de produção para aumentar a disponibilidade desses materiais essenciais.”

De acordo com o Departamento de Defesa, Battelle deve concluir as obras do contrato até 25 de setembro de 2027.

(Fonte)


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n3m3

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