Fernando Alcoforado*
Este artigo tem o objetivo de apresentar as invenções que ocorreram com os meios de transporte aéreo e espacial ao longo da história. Os meios de transporte aéreo são os que se deslocam no ar (balões, dirigíveis, aviões, helicópteros e drones) para transportar pessoas e cargas. Os meios de transporte espaciais são aqueles que se movimentam pelo espaço sideral usando foguetes e/ou espaçonaves para transportar astronautas, satélites artificiais, sondas espaciais, robôs, rovers ou qualquer outro tipo de equipamento para a exploração espacial. Os meios de transporte exigem infraestrutura e veículos apropriados. Os aviões requerem infraestrutura aeoportuária para operar assim como os terminais de passageiros e de cargas. Os foguetes precisam de centros de lançamento para serem acioandos. Foi somente a partir da 1ª Revolução Industrial (século XVIII), que se expandiu a quantidade e a eficiência dos meios de transportes com o avanço da ciência e da tecnologia com base na qual se desenvolveram os dirigíveis, o avião, o helicóptero, o drone e o foguete espacial, entre outros meios de transporte.
A invenção do dirigível
A história dos dirigíveis se confunde com a da aviação. As primeiras experiências para tentar a conquista dos céus foram com balões de ar quente. Um dos pioneiros foi o padre Bartolomeu de Gusmão que realizou a primeira demonstração no na cidade de Lisboa em 5 de agosto de 1709. O balão pegou fogo sem sair do solo, mas numa segunda demonstração elevou-se a 95 metros de altura. Os irmãos franceses Jacques e Joseph Montgolfier seriam, 74 anos depois, os primeiros a desbravarem os céus com o primeiro balão tripulado com sucesso em 1783. Alguns pioneiros da aviação procuraram adaptar motores a vapor em 1855 e motores elétricos movidos a baterias em 1884 para resolver o problema da dirigibilidade. Tais tentativas mostraram-se infrutíferas, pois o peso excessivo de tais motores tornavam os engenhos impraticáveis. Somente o desenvolvimento do motor a explosão, ao final do século XIX, permitiu resolver este problema [7]. Cabe observar que, no local da decolagem, o balão é inflado com ar ambiente por uma grande ventoinha movida a gasolina. Envelope é o nome dado à bolsa de tecido do balão que é feito de náilonrip-stop (material que detém rasgos) e impermeabilizado com uma resina antifogo. O maçarico aquece o ar do envelope, que se expande e fica menos denso que o ar de fora do balão. A decolagem ocorre quando esse ar supera em cerca de 60ºC a temperatura externa. A altitude do balão é controlada com uma tampa em forma de pára-quedas que pode ser aberta para soltar o ar quente. O ar frio entra pela boca do balão e aumenta a densidade do ar interno – fazendo o balão descer. Para subir, o piloto liga o maçarico (aquecendo e diminuindo a densidade do ar interno). As experiências continuaram ao longo do século XIX.
Em 1852, Jules Henri Giffard fez o primeiro voo de um balão dirigível voando de Paris a Élancourt. Um dos ícones da história da aviação foi o dirigível LZ 127 Graf Zeppelin construído em 1928 que possuía 213 m de comprimento e 5 motores com capacidade para transportar de 20 a 24 passageiros e cerca de 36 tripulantes. Modernamente, o dirigível possui balões internos que são inflados com o gás hélio que permite controlar sua altitude [7]. Para subir e ficar suspenso no céu, o dirigível conta com o gás hélio, que é mais leve que o ar; já no deslocamento para a frente, entram em ação hélices motorizadas. Menos denso que o ar, o hélio tende a subir e puxa o dirigível para cima. Quanto mais pesado é o dirigível, mais gás é preciso. Basicamente é assim que voa o dirigível, que surgiu na França na segunda metade do século XIX. Antigamente, costumava-se usar o hidrogênio para encher o balão (ou envelope) dos dirigíveis, mas esse gás é inflamável, o que provocou vários acidentes. O primeiro voo de longa distância de um dirigível aconteceu em outubro de 1928 ligando Frankfurt a Nova York. Caberia ao LZ 127 Graf Zeppelin a primazia de ser o primeiro aparelho voador a dar a volta ao mundo. A epopeia, em sete etapas, foi feita em 1929 percorrendo 33 mil quilômetros. O LZ 127 Graf Zeppelin foi construído por Ferdinand Von Zeppelin em 1928 e percorreu mais de 500 mil quilômetros, transportando pelo menos 17 mil pessoas. O LZ 127 Graf Zeppelin foi o orgulho da engenharia aeronáutica alemã. O dirigível Hindenburg foi o maior aparelho voador da história com 245 m de comprimento e 41,5 m de diâmetro. Voava a 135 km/h com autonomia de 14 mil quilômetros e tinha capacidade para conduzir 50 passageiros e 61 tripulantes. Este modelo que utilizava o hidrogênio como propulsor explodiu em Nova Jersey nos Estados Unidos em 6 de maio de 1937 com a morte de 97 ocupantes e um técnico americano em solo. Este desastre significou o fim da era dos dirigíveis rígidos.
A invenção do avião
O avião foi uma das maiores invenções da humanidade em sua história [16][17]. Em 400 a.C., Arquitas de Tareto, filósofo, cientista, estrategista, estadista, matemático e astrônomo grego, considerado o mais ilustre dos matemáticos pitagóricos, tentou construir uma máquina que voasse e, algum tempo depois, Leonardo da Vinci elaborou seus projetos, no período entre 1480 e 1505, quando efetuou uma grande quantidade de estudos sobre o voo, entre eles, estavam estudos sobre pipas, planadores baseados na estrutura esquelética das aves. Versões modernas desses projetos provam que a maioria deles poderia efetivamente voar. Um dos mais reconhecidos desses projetos de da Vinci foi a “máquina voadora”, um projeto de um par de asas que se assemelhavam a asas de pássaros. Seguindo a linha do tempo, John Joseph Montgomery realizou o primeiro voo com um planador em 1883. Apesar de todos os nomes citados anteriormente terem sido peças primordiais para a invenção do avião, foi Santos Dumont e os irmãos Wright que trouxeram a aviação para outro nível mais elevado [11].
Alberto Santos Dumont voou com um dirigível, o famoso 14-bis, voando por 21 segundos em uma distância de 200 metros e a 6 metros de altura nesta máquina. O primeiro voo em público de Santos Dumont foi feito em 23 de outubro de 1906, a bordo do 14-bis, quando sobrevoou o campo de Bagatelle, na capital francesa. Santos Dumont foi essencial na história do avião por inventar uma aeronave que não precisava de impulso para voar. Ela decolava por meios próprios. O feito foi presenciado por mais de mil pessoas e filmado. Além disso, recebeu o reconhecimento do Aeroclube de Paris e foi homologado pela FAI (Federation Aéronautique International) ao cumprir requisitos como ser documentado e decolar por meios próprios – sem rampa ou catapulta. Cabe salientar que tal federação só foi criada em 1905 [16].
Os irmãos Wright criaram uma aeronave em que o piloto conseguia controlar e mantê-la estável. Apesar da inovação, o Flyer, nome da aeronave dos irmãos Wright, precisava de uma ajudinha para decolar. Porém, se considerarmos o voo somente como estabilizar um objeto movido a motor no ar, poderíamos colocar a experiência dos irmãos Wright como a primeira da história. Os norte-americanos Orville e Wilbur Wright, a bordo do modelo Flyer 3, voaram por cerca de 39 quilômetros em 1905 em 40 minutos. Este poderia ser considerado o primeiro voo da história, já que para se manter por 40 minutos no ar e percorrer uma distância tão grande, é preciso contar com um sistema bem desenvolvido. O grande problema é que esse voo foi registrado por imagens sem a chancela de órgãos oficiais na época o que levou ao questionamento da veracidade do ocorrido conforme noticiado [16].
Independente de quem seja o verdadeiro inventor do avião, pode-se dizer que tanto os irmãos Orville e Wilbur Wright quanto Alberto Santos Dumont tiveram um papel muito importante no desenvolvimento da aviação. Os anos que se passaram entre a 1ª Guerra Mundial e a 2ª Guerra Mundial foram anos nos quais a tecnologia de aeronaves em geral desenvolveu-se bastante. Neste período, rápidos avanços foram feitos no desenho de aviões, e linhas aéreas começaram a operar. Também foi época na qual aviadores começaram a impressionar o mundo com seus feitos e suas habilidades. Os aviões pararam de ser feitos de madeira, para serem construídos com alumínio. Os motores dos aviões foram melhorados bastante, com um notável aumento da potência. Esta grande série de avanços tecnológicos, bem como o crescente impacto social e econômico que os aviões passaram a produzir mundialmente, faz este período a era do ouro da aviação.
Um símbolo da era de ouro da aviação é o Douglas DC-3. Este avião equipado com um par de propulsores, começou seus primeiros voos em 1936. O DC-3 tinha capacidade para 21 passageiros, e velocidade de cruzeiro de 320 km/h. Tornou-se rapidamente o avião comercial mais usado na época. Esta aeronave também é vista como uma das aeronaves mais importantes já produzidas. Cabe observar que os primeiros aviões utilizavam hélices. A hélice de uma aeronave consiste de duas ou mais pás conectadas ao cubo central no qual essas pás são fixadas. Cada pá é essencialmente uma asa rotativa, toda pá é um perfil aerodinâmico capaz de gerar uma sustentação. Essa força de sustentação no plano em que a pá se desloca recebe o nome de tração ou propulsão. A turbina a jato começou a ser desenvolvida na Alemanha e na Inglaterra na década de 1930. O alemão Hans Von Ohain patenteou sua versão da turbina a jato em 1936, e começou a desenvolver uma máquina semelhante. O britânico Frank Whittle patenteou um desenho de uma turbina a jato em 1930 e desenvolveu uma turbina que podia ser usada para fins práticos no final da década. Nenhum deles sabia do trabalho desenvolvido pelo outro, e por isto, ambos são creditados com a invenção [17].
Um motor turbojato é usado essencialmente na propulsão de aeronaves. O ar é introduzido no compressor giratório através da entrada e comprimido a uma pressão superior antes de entrar na câmara de combustão. O combustível é misturado com o ar comprimido e inflamado por uma faísca. Este processo de combustão aumenta significativamente a temperatura do gás. Os produtos quentes da combustão que saem do combustor expandem-se através da turbina, onde a potência é extraída para dirigir o compressor. O fluxo de gás saído da turbina expande-se até à pressão ambiente através do bocal de propulsão, produzindo um jato de alta velocidade à saída do motor. Se o momentum do fluxo da saída exceder o momentum do fluxo de entrada, o impulso é positivo, assim, há uma impulsão líquida para avante sobre a fuselagem da aeronave. Os motores de jato de primeira geração eram turbojatos puros com um compressor axial ou um centrífugo. Os motores de jato modernos são principalmente turbofans, onde uma proporção do ar entrado no motor contorna o combustor.
Ao final da 2ª Guerra Mundial, a Alemanha usava os primeiros aviões a jato e fabricava em série a Messerschimitt Me 262. No fim da década de 1940, engenheiros começaram a desenvolver as turbinas usadas nos caças a jato produzidos durante a 2ª Guerra Mundial. No começo, os Estados Unidos e a União Soviética queriam turbinas a jato de excelente desempenho para produzir bombardeiros e caças a jato cada vez melhores, e assim, melhorar ainda mais seu arsenal militar. Quando a Guerra da Coreia começou, em 1950, tanto os Estados Unidos quanto a União Soviética tinham caças a jato militares de alto desempenho destacando-se entre eles o americano F-86 Sabre e o soviético MiG-15. O fato de que os aviões voassem a altitudes cada vez maiores onde turbulência e outros fatores climáticos indesejáveis são mais raros gerou um problema porque em altitudes maiores, o ar é menos denso, e, portanto, possui quantidades menores de oxigênio para respiração dos passageiros, pilotos e tripulantes do que em altitudes menores [18].
À medida que os aviões passavam a voar cada vez mais alto, pilotos, tripulantes e passageiros tinham cada vez mais dificuldades em respirar. Para resolver este problema, engenheiros aeronáuticos criaram a cabine pressurizada, onde o ar é pressurizado [18]. O primeiro avião com pressurização da cabine foi o Lockheed XC-35 que voou em 9 de maio de 1937. Cabines pressurizadas popularizaram-se no final da década de 1940. Hoje em dia, toda cabine de aviões comerciais de passageiros é pressurizada. Após o fim da Segunda Guerra Mundial, a aviação comercial passou a se desenvolver em um ramo à parte da aviação militar. A indústria aeronáutica passou a produzir aviões especialmente destinados a aviação civil e as linhas aéreas pararam de usar aviões militares modificados para o transporte de passageiros. Em alguns anos após o fim da 2ª Guerra Mundial, várias linhas aéreas estavam estabelecidas no mundo. Das várias aeronaves comerciais que foram desenvolvidas durante e após a 2ª Guerra Mundial, destacam-se os quadrimotores Douglas DC-4 e o Lockheed Constellation. Estes aviões foram largamente usados para voos domésticos de passageiros de média distância. Mesmo assim, eles precisavam fazer escalas para reabastecimento em rotas transoceânicas.
Voos transatlânticos precisariam de propulsores mais poderosos. Estes já existiam em 1945, na forma de turbinas a jato. Mas estes ainda gastavam tanto combustível que um avião a jato conseguia percorrer apenas uma pequena distância sem precisar reabastecer. Para resolver este problema temporariamente, duas fábricas americanas criaram turbo-hélices com propulsores capazes de gerar mais de três mil cavalos de força. Tais motores começaram a ser usados nos Douglas DC-7, Lockheed Super Constellation e o Boeing 377 Stratocruiser. Este último foi o primeiro avião de dois andares da história da aviação, e também o maior avião comercial até à chegada do Boeing 707. Cada uma destas aeronaves podia carregar cerca de 100 passageiros, entre Nova Iorque e Paris sem escalas, a uma velocidade de cruzeiro de 500 km/h. Coube aos britânicos a produção do primeiro avião a jato comercial da história da aviação, o De Havilland Comet. O Comet começou a ser usado em voos de passageiros em 1952 que voava com aproximadamente 850 km/h, cuja cabine era pressurizada e relativamente silenciosa. O Comet foi no início um sucesso comercial, e muitas linhas aéreas passaram a encomendar esta aeronave. Porém, dois acidentes em 1954 fizeram ambas as aeronaves explodirem em alto-mar, criando grandes dúvidas quanto à segurança da aeronave [17].
A Boeing lançou o Boeing 707 em 1958 que foi o primeiro avião a jato de passageiros de sucesso [19]. Os engenheiros envolvidos na criação do Boeing 707 buscaram não repetir os mesmos erros cometidos no Comet da De Havilland. Os jatos Douglas DC-8 e a Convair 880 foram lançados alguns anos depois, embora o sucesso comercial alcançado por ambos tenha sido muito mais modesto do que o sucesso conseguido pelo Boeing 707. A Boeing, desde então, era a maior fabricante de aviões do mundo. Os modelos Boeing 727, 737 e 757 são derivados diretos do Boeing 707. O Boeing 737, cuja produção foi iniciada em 1964, é o avião comercial mais vendido e bem-sucedido da história da aviação. Um total de cinco mil Boeing 737 foram produzidos, e a aeronave ainda está em produção nos tempos atuais. O gigantesco Boeing 747, apelidado de Jumbo, era capaz de transportar mais de 500 passageiros em um único voo. Lançado em 1968, o Boeing 747 foi o maior avião comercial do mundo até 2005, quando o Airbus A380 fez seu primeiro voo.
O Boeing 767 revolucionou a aviação comercial com seu longo alcance, seus baixos custos operacionais e razoável capacidade de passageiros (196) que permitiu voos regulares usando o menor número de aviões possível em rotas transatlânticas e rotas anteriormente impraticáveis por causa de altos custos operacionais e baixo número de passageiros. O Boeing 767 foi o responsável por popularizar as viagens transatlânticas ao longo do final da década de 1980 e em toda a década de 1990 quando mais cruzavam o Oceano Atlântico diariamente do que todos os outros aviões comerciais somados. Mesmo nos tempos atuais, o Boeing 767 continua a ser a aeronave que mais cruza o Atlântico diariamente, apesar da crescente concorrência de aeronaves recentes mais modernas [17].
Até o fim da 2ª Guerra Mundial, a tecnologia necessária para a realização de voos supersônicos controlados ainda não estava disponível porque até a década de 1940 não eram suficientemente resistentes para conseguir suportar as fortes ondas de choque geradas por velocidade supersônicas. Ao nível do mar, a velocidade do som é de aproximadamente 1.225 km/h. A 15 mil metros de altitude, a velocidade do som é de apenas 1.050 km/h. Na 2ª Guerra Mundial, muitos pilotos ultrapassaram esta barreira (através de mergulhos aéreos, por exemplo), porém, com resultados catastróficos porque as fortes ondas de choque geradas em velocidades supersônicas destruíam estas aeronaves, não projetadas para voos supersônicos. Por volta de 1943, engenheiros americanos passaram a trabalhar com pequenos protótipos. A maior preocupação destes especialistas em aviação era que tais aviões resistissem às ondas de choque criadas em velocidades supersônicas. O americano Charles Yeager tornou-se a primeira pessoa a ultrapassar a velocidade do som, em 14 de outubro de 1947 no Bell X-1 [17].
Em 1962, o North American X-15 tornou-se o primeiro avião a chegar à termosfera que é a última camada da atmosfera onde o ar é muito rarefeito [20]. O avião, pilotado pelo americano Robert White ficou a uma altitude de 95.936 metros por cerca de dezesseis segundos, percorrendo neste período aproximadamente 80 quilômetros. Este foi o primeiro voo de um avião nos limites do espaço sideral. Posteriormente, o X-15 chegaria aos 107.960 metros de altitude. O X-15 foi também a primeira aeronave hipersônica (5 vezes a velocidade do som), rompendo diversos recordes de velocidade, ultrapassando Mach 6 (seis vezes a velocidade do som) em diversos voos. Os primeiros aviões supersônicos para uso civil foram criados no fim da década de 1960. O primeiro avião supersônico comercial do mundo foi o soviético Tupolev Tu-144 que fez seu primeiro voo em 31 de dezembro de 1968 [22]. O Concorde, fabricado por um consórcio comercial franco-britânico, fez seu primeiro voo dois meses depois [21].
O Concorde começou seus primeiros voos comerciais em 21 de janeiro de 1976, servindo rotas transatlânticas. O Concorde e o Tu-144 são as únicas aeronaves supersônicas comerciais até hoje desenvolvidas. Um dos Concordes da Air France sofreu um acidente em 25 de julho de 2000, quando um pneu estourou e seus restos foram aspirados pela turbina (o que causou um incêndio), fazendo o avião cair e chocar-se com um hotel, logo após sua decolagem em Gonesse, França. Até então o avião era considerado o avião comercial mais seguro do mundo. Passou por um processo de modernização até 2001, mas por causa de baixo número de passageiros e altos custos operacionais, parou de ser usado em voos comerciais em 24 de outubro de 2003. Atualmente, nenhum avião supersônico opera em voos comerciais no mundo.
Desde o início do século XXI, a aviação subsônica tem focalizado sua atenção em tentar substituir o piloto por aeronaves controladas a distância ou mesmo por computadores. Em abril de 2001, um Global Hawk, um avião não-tripulado, voou de Edwards AFB nos Estados Unidos até a Austrália sem escalas e sem reabastecimento. O voo levou 23 horas e 23 minutos, e é o voo ponto-a-ponto mais longo já realizada por um veículo não tripulado. Em outubro de 2003, o primeiro voo totalmente autônomo sobre o Oceano Atlântico por uma aeronave controlada por computadores foi realizado. Em 2005, o Airbus A380 fez seu primeiro voo se tornando o maior avião comercial de passageiros do mundo superando o Boeing 747, que que havia detido o recorde por 35 anos. O Antonov Na-225 de fabricação soviética é o maior avião do mundo desde o seu primeiro voo, realizado em 21 de dezembro de 1988 [17].
Desde o início da década de 1990, a aviação comercial passou a desenvolver tecnologias que tornaram o avião cada vez mais automatizado, reduzindo assim gradativamente a importância do piloto na operação da aeronave, visando diminuir os acidentes aéreos causados por falha humana. Os fabricantes de aviões comerciais continuam a pesquisar maneiras de melhorar os aviões, tornando-os cada vez mais seguros, eficientes e silenciosos. Ao mesmo tempo, pilotos, controladores do espaço aéreo e mecânicos passaram a ser cada vez mais bem-treinados, e aeronaves são cada vez mais vistoriadas, para evitar acidentes causados por falha humana ou mecânica. Apesar dos crescentes problemas enfrentados no momento atual pela aviação em geral, acredita-se que o século XXI será um século de grandes avanços para a aviação. Estima-se que futuramente o uso de pilotos será diminuído, sendo substituídos pelo controle remoto com o uso de computadores [17].
A indústria aeronáutica trabalha no desenvolvimento de diversos projetos de aeronaves que prometem revolucionar o transporte aéreo nos próximos anos e décadas. São aviões supersônicos, elétricos, autônomos e até aeronaves que parecem um drone gigante para o transporte de passageiros em centros urbanos [15]. A Airbus desenvolveu três conceitos para aeronaves movidas a hidrogênio, como parte do esforço para fabricar os primeiros aviões comerciais neutros em emissões de gases de efeito estufa até 2035. Duas das aeronaves seguem desenho semelhante ao dos aviões com motor a combustão, mas um dos projetos é mais revolucionário e mostra o que podem ser as aeronaves do futuro. Trata-se de um modelo em forma de ‘V’, com asas integradas ao corpo do avião. De acordo com a companhia, a fuselagem ampla abre diversas opções para armazenagem e distribuição do hidrogênio, bem como para o layout da cabine [14]. Pesquisadores da Universidade Técnica de Delft, na Holanda, conseguiram realizar pela primeira vez o voo de um protótipo do novo avião comercial Flying-V, que é apontado como uma nova aeronave que pode mudar a aviação no futuro. A fabricante de aviões Airbus também é parceira do projeto. Com um formato em V bastante diferente dos aviões comerciais tradicionais, o Flying-V tem um design para ter um consumo de combustível mais eficiente [13].
A busca por formas mais eficientes de voar e transportar passageiros pelos céus emitindo menos gases poluentes (ou até zerando) é o grande desafio da indústria aeronáutica para os próximos anos. Essa alteração exigirá a uma reformulação tecnológica dos aviões e nos hábitos dos passageiros. As empresas aéreas Finnair, da Finlândia, e a Widerøe, da Noruega, anunciaram recentemente planos de introduzir aviões elétricos de passageiros em suas frotas até 2026. No Canadá, onde o uso de aviões comerciais pequenos também tem boa adesão, a Harbour Air está testando hidroaviões adaptados com propulsores elétricos. Num passado não muito distante, o conceito do avião quadrimotor era sinônimo de segurança e grande capacidade. Hoje em dia, máquinas na forma dos gigantes Boeing 747 e Airbus A380 estão caindo em desuso no transporte de passageiros. Eles são caros demais de operar, exigem mais cuidados de manutenção e consomem enormes quantidades de combustível. A alternativa a esses gigantes com quatro motores são os novos widebodies (aviões de fuselagem larga) bimotores de última geração, como o Airbus A350 e o Boeing 787. O avanço nas tecnologias de motores e novas soluções aerodinâmicas contribuíram para reduzir significativamente o consumo de combustível dos aviões comerciais, abrindo a possibilidade de rotas cada vez mais longas. Se aproveitando dessa evolução, aviões menores, antes restritos a voos domésticos, partiram para a carreira de viagens internacionais entre continentes. Os jatos da série 737 MAX da Boeing apresentam bons números de autonomia. O emprego de aviões pequenos e menos onerosos em relação aos widebodies abre um novo nicho no mercado de viagens internacionais com a oferta de passagens mais baratas [12].
A invenção do helicóptero
O helicóptero é um tipo de aeronave de asas diagonais, mais pesada do que o ar, propulsionada por um ou mais rotores horizontais maiores (propulsores) que, quando girados pelo motor, criam sustentação e propulsão necessárias para o voo. Em contraste com aeronaves de asa fixa (avião), o helicóptero pode decolar e pousar verticalmente, pairar e ir para frente, para trás e lateralmente. Esses atributos permitem aos helicópteros serem utilizados em áreas congestionadas ou isoladas em que as aeronaves de asa fixa não seriam capazes de pousar ou decolar [1].
O helicóptero surge da contribuição de muita gente. A ideia de um objeto mais pesado que o ar cruzar os céus já vêm de muitos anos atrás. O primeiro indício das tentativas humanas para voar foi encontrado na China, datado de 400 a.C. Claro que não voava, porém não deixa de ser um protótipo. Depois de certo tempo surge no cenário Leonardo da Vinci, em 1483. A primeira ideia pouco prática de um helicóptero foi concebida por Leonardo da Vinci no século XV. O famoso giroscópio que por ele foi projetado possuía uma grande asa giratória e era presa a uma plataforma. A ideia era que todo maquinário voasse graças ao rápido movimento das asas. Quem faria o movimento de rotação seria a pessoa sentada, mas infelizmente este projeto falhou, pois não era possível gerar energia suficiente para alçar voo [1].
O primeiro voo bem-sucedido e registrado de um helicóptero ocorreu em 1907, realizado pelos irmãos Bréguet e Paul Cornu que deram sua contribuição e o seu protótipo foi apresentado para a Academia de Ciências da França. Foi um voo de 20 segundos, não tripulado, levantando a aeronave 50 centímetros do chão. No ano de 1908, Emil Berliner consegue criar um motor rotativo para o helicóptero, o qual foi usado por outros inventores. Porém, o primeiro voo de um helicóptero completamente controlável foi demonstrado por Hanna Reitsch em 1937 em Berlim na Alemanha. Em 1938 o alemão Anton Flettner criou o primeiro helicóptero realmente funcional que deu o pontapé inicial a tudo que conhecemos hoje sobre voo em helicópteros. Em 1942, Igor Sikorsky esteve na base do aparecimento do Sikorsky R-4 que adaptou flutuadores num Vought-Sikorsky VS-300 tornando-o o primeiro helicóptero prático do mundo. Em 1946, foi lançada a produção do Bell 47B que atingiu uma velocidade de 140 km/h com duas pessoas a bordo [2].
Invenção da aeronave híbrida
Aeronave híbrida é aquela projetada para decolar e pousar verticalmente com rotores de inclinação. Este tipo de aeronave está crescendo rapidamente à medida que designers e startups percebem que é esse o futuro das aeronaves. A VoltAero, uma startup de aviação francesa, está desenvolvendo um avião híbrido que pode se tornar um “Tesla” dos céus, popularizando a tecnologia e colocando-a ao alcance de mais pessoas. A aeronave foi projetada para ter uma autonomia de vôo de até 3,5 horas, com alcance de 1.287 km, voando até 8 vezes por dia com um tempo total de voo de 10 horas. Construída com materiais compostos, a aeronave será oferecida em três versões: o Cassio 330, com quatro lugares e um sistema de propulsão híbrida com potência de 330 kW, o Cassio 480, com seis lugares e propulsão híbrida com 480 kW. O terceiro modelo é o Cassio 600, com 10 lugares e propulsão híbrida de 600 kW. Sua velocidade de cruzeiro é estimada em 370 km/h, e no modo totalmente elétrico a autonomia é de 200 km [3].
As aeronaves usarão dois motores com potência contínua de 45 kW. Um terceiro motor movido a biocombustível e modificado com auxílio da equipe de Formula E Solution F, move a hélice traseira e recarrega as baterias dos motores elétricos. O sistema de propulsão híbrido elétrico é confiável. O projeto do E-Fan é o primeiro avião totalmente elétrico com dois motores a cruzar o canal da mancha, em 2015. Além disso, trabalhou por 10 anos no desenvolvimento de células de combustível na General Motors. A VoltAero deve começar as entregas de sua nova aeronave no final de 2022, inicialmente na configuração Cassio 330 com quatro lugares [3].
A invenção do drone
O drone é um veículo aéreo não tripulado que tem voo controlado podendo receber comandos por meio de radiofrequência, infravermelho e, até mesmo, missões definidas de forma prévia por coordenadas GNSS (Global Navigation Satellite System). Sua aparência é semelhante a de mini helicópteros com alguns modelos sendo réplicas de jatos, quadcopters (quatro hélices), além de modelos com oito hélices que utilizam combustível para seu voo. Drone em inglês significa “zangão” devido ao seu zumbido ao voar que acabou sendo adotado popularmente para denominar a aeronave. Os drones foram projetados e desenvolvidos para missões militares, para resgate em incêndios e para a segurança não militar. Os drones são, há vários anos, um dos principais instrumentos da estratégia militar dos Estados Unidos. Os drones possuem como objetivo permitir o monitoramento ou o ataque à alguma região. Hoje em dia, os drones possuem uma versatilidade enorme quando se trata do seu uso. Entre suas utilidades estão monitoramento e vigilância, foto e filmagem, uso militar, resgate e transporte de mercadorias [4].
Além do uso militar, os drones estão sendo utilizados por civis, como por exemplo por fotógrafos e cinegrafistas em festas de aniversários, casamentos ou eventos em geral. Um drone consegue captar melhores ângulos para fotos e filmagens mantendo a câmara estável por mais tempo facilitando também por conseguinte a produção de vídeo. Estas valências técnicas faz com que também sejam usados por emissoras de TV. A tecnologia dos drones pode ser utilizada em resgates em locais de difíceis acessos, áreas de desastres (alagamentos, desmoronamentos, desabamento, incêndios, construções interditadas, etc), pois tais dispositivos transmitem imagens e vídeo em tempo real contribuindo assim para o sucesso das equipes de resgate. Os drones também são usados para monitorar pessoas, bem como para evitar ataques ou mesmo casos de vandalismo. Está ainda em testes a utilização de drones para entrega de mercadorias e encomendas. Uma das empresas que está testando esta possibilidade é a Amazon. Outra possível forma de utilização de drones é na agricultura para se identificar rapidamente pragas e outros problemas que acontecem nas lavouras. Além disso, os drones poderão ser usados para outras funcionalidades, como em fotografias [5].
O modelo que conhecemos hoje em dia, foi desenvolvido pelo engenheiro espacial israelita Abraham Karem. Segundo ele, em 1977, época de sua chegada Estados Unidos, eram necessárias 30 pessoas para controlar um drone. Diante desta situação, ele fundou a empresa Leading System e, utilizando poucos recursos tecnológicos, como fibra de vidro caseira e restos de madeira, deu origem ao Albatross. Com as melhorias alcançadas com o novo modelo em 56 horas de voo sem recarga de baterias e com três pessoas operando, o engenheiro recebeu financiamento da DARPA para os aprimoramentos necessários para o protótipo e, com isso, surgiu o novo modelo chamado Amber [5].
A invenção do foguete espacial
A primeira notícia que se tem do uso do foguete é do ano 1232 na China, onde foi inventada a pólvora, usada a princípio em fogos de artifício como entretenimento e, mais tarde, usada para fins bélicos. Os foguetes foram introduzidos na Europa pelos árabes, tornando a ser usados em conflitos europeus logo após a Guerra dos Cem Anos (1337-1453). Durante os séculos XV e XVI, foi utilizado como arma incendiária. Posteriormente, com o aprimoramento da artilharia, o foguete bélico desapareceu até o século XIX, vindo a ser utilizado novamente durante as Guerras Napoleônicas (1803-1815). No final do século XIX e princípio do século XX, apareceram os primeiros cientistas que viram o foguete como um sistema para propulsionar veiculos aeroespaciais tripulados. Entre eles, destacam-se o russo Konstantin Tsiolkovsky, o alemão Hermann Oberth, o norte-americano Robert Goddard e, mais tarde, os russos Sergei Karolev e Valentim Glushko e o alemão Wernher von Braun [6].
Goddard construiu o primeiro foguete movido a combustível líquido em 1925. Os foguetes construídos por Goddard, embora pequenos, já tinham todos os princípios dos modernos foguetes, como orientação por giroscópios, por exemplo. Os alemães, liderados por Wernher von Braun, desenvolveram, durante a 2ª Guerra Mundial, os foguetes V-1 e V-2 que serviram de base para as pesquisas sobre foguetes dos Estados Unidos e da União Soviética no pós-guerra. Ambos os foguetes nazistas usados para bombardear Londres no final da guerra, podem ser mais bem definidas como mísseis porque o V-1 e o V-2 não chegam a ser foguetes mísseis que voa com propulsão de avião a jato. Os programas espaciais que os norte-americanos e os russos colocaram em marcha basearam-se em foguetes projetados com finalidades próprias para a astronáutica derivados destes foguetes de uso militar [6].
Particularmente os foguetes usados no programa espacial soviético eram derivados do R.7, míssil balístico, que acabou sendo usado para lançar as missões Sputnik. Em outubro de 1957, a União Soviética usou um foguete para lançar a primeira nave espacial, o satélite Sputnik. Um foguete espacial é uma máquina que se desloca expelindo atrás de si um fluxo de gás a alta velocidade. O seu objetivo é enviar objetos (especialmente satélites artificiais, sondas espaciais e rovers) e/ou naves espaciais e homens ao espaço sideral com velocidade superior a 40.320 Km/h para vencer a força de atração gravitacional da Terra e alcançar altitude superior a 100 Km acima do nível do mar [10]. Um foguete é constituído por uma estrutura, um motor de propulsão por reação e uma carga útil. A estrutura serve para albergar os tanques de combustível e oxidante (comburente) e a carga útil. Estes foguetes necessitam de transportar também um comburente para reagir com o combustível. Esta mistura de gases sobreaquecidos é, depois, expandida em um tubo divergente, o Tubo de Laval, também conhecida como Tubo de Bell, para direcionar o gás em expansão para trás, e assim conseguir propulsionar o foguete para a frente [10].
Um novo motor em desenvolvimento por dois engenheiros norte-americanos, no entanto, propõe uma alternativa para otimizar a quantidade de oxidantes transportados por foguetes e reduzir o custo de lançamentos. Trata-se do sistema de propulsão por aspiração de ar Fernis, uma tecnologia que combina características de um motor de foguete convencional e um motor a jato [8].Existem, no entanto, outros tipos de motor de foguete como, por exemplo os motores nucleares térmicos, que sobreaquecem um gás até altas temperaturas, utilizando o calor gerado por reações nucleares, em especial através do processo de fissão nuclear, onde o combustível nuclear é bombardeado com neutrons, levando a fissão do núcleos dos átomos. Esse gás é depois expandido no Tubo de Laval tal como nos foguetes químicos. Este tipo de foguete foi desenvolvido e testado nos Estados Unidos durante a década de 1960, mas nunca chegou a ser utilizado. Os gases expelidos por este tipo de foguete podem ser radioativos, o que desaconselha o seu uso dentro da atmosfera terrestre, mas podem ser utilizados fora dela. Este tipo de foguete tem a vantagem de permitir eficiências muito superiores às dos foguetes químicos convencionais, uma vez que permitem acelerar os gases de escape a velocidades muito superiores. Atualmente, é a Rússia que se destaca no desenvolvimento dos motores nucleares térmicos [23].
A adoção de veículos reutilizáveis, como o Ônibus Espacial da NASA, deve ampliar-se. Os Ônibus Espaciais decolam como um foguete convencional, mas pousam como aviões. O Reusable Launch Vehicle (RLV)- Nave Espacial Reutilizável é um avião espacial equipado com foguetes, que decolariam e pousariam como aviões, em longas pistas de aterrissagem, os quais seriam equipados com foguetes reutilizáveis para alcançar o espaço e orbitar a Terra. Estas aeronaves ainda não existem. Porém, cogita-se que, no futuro, RLVs serão aeronaves que poderão ser usadas para viagens espaciais de baixo custo e de alta segurança. Um motor revolucionário, que pode fazer avançar a tecnologia astronáutica, é o motor Scramjet que é capaz de atingir velocidade hipersônicas de até 15 vezes a velocidade do som. A NASA testou com sucesso um motor deste tipo em 2004. Outra possibilidade de avanço na tecnologia de motores de foguetes é o uso de propulsão nuclear, em que um reator nuclear aquece um gás, produzindo um jato que é usado para produzir empuxo [23]. Outra ideia é a de construir um foguete em forma de vela que seria acelerado pelo vento solar que permitiria maior velocidade e fazer viagens a distâncias maiores [6]. A Agência Espacial Europeia (ESA) decidiu apostar em uma tecnologia com a qual se sonha desde o início da exploração espacial. Trata-se de uma espaçonave capaz de decolar de um aeroporto, como um avião comum, tornando-se um foguete tradicional assim que ultrapassa os limites da atmosfera mais densa e entra em órbita. A espaçonave-conceito foi batizada de Skylon, e o motor híbrido que a equipará chama-se Sabre que é um motor híbrido inédito capaz de “respirar” o ar enquanto está na atmosfera, como um motor a jato, tornando-se um foguete quando atinge o espaço [9].
REFERÊNCIAS
1. WIKIPEDIA. Helicóptero. Disponível no website <https://pt.wikipedia.org/Helic%C3%B3ptero>.
2. ADS LATIN, Quem inventou o helicóptero? Disponível no website <https://adslatin.com/quem-inventou-o-helicoptero/>.
3. RIGUES, Rafael. 0Aeronave híbrida quer se tornar o ‘Tesla’ dos céus. Disponível no website <https://olhardigital.com.br/2020/05/08/noticias/aeronave-hibrida-quer-se-tornar-o-tesla-dos-ceus/>.
4. ITARC. História dos drones: como surgiram? Para que servem? Disponível no website <https://itarc.org/historia-dos-drones/>.
5. BUZZO, Lucas. História dos Drones: do início aos dias de hoje. Disponível no website <https://odrones.com.br/historia-dos-drones/>.
6. WIKIPEDIA. Foguete espacial. Disponível no website <https://pt.wikipedia.org/wiki/Foguete_espacial>.
7. WIKIPEDIA. Dirigível. Disponível no website <https://pt.wikipedia.org/wiki/Dirig%C3%ADvel>.
8. OLHAR DIGITAL. Motores de foguetes do futuro podem funcionar como propulsores a jato. Disponível no website <https://olhardigital.com.br/2020/06/29/ciencia-e-espaco/no-futuro-motores-de-foguete-podem-funcionar-como-propulsores-a-jato/>.
9. INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Agência Espacial Europeia começa a construir a espaçonave do futuro. Disponível no website <https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=agencia-espacial-europeia-comeca-a-construir-a-espaconave-do-futuro&id=010130090401#.YY0m4WDMLcc>. 01/04/2009.
10. HELERBROCK, Rafael. Como funciona o lançamento de um foguete. Disponível no website <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/como-funciona-o-lancamento-de-um-foguete.htm>. 10 de novembro de 2021.
11. MUNDO EDUCAÇÃO. Como surgiu o avião? Disponível no website <https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/como-surgiu-aviao.htm>.
12. VINHOLES, Thiago. Aviões supersônicos e carros voadores: como será futuro da aviação comercial. Disponível no website <https://www.cnnbrasil.com.br/business/avioes-supersonicos-e-carros-voadores-como-sera-futuro-da-aviacao-comercial/>.
13. SERRANO, Filipe. Avião “do futuro” tem sucesso em primeiro voo de teste; veja vídeo. Disponível no website <https://exame.com/inovacao/aviao-do-futuro-tem-sucesso-em-primeiro-voo-de-teste/>.
14. VIRI, Natalia. O avião do futuro: Airbus apresenta designs para aeronaves movidas a hidrogênio. Disponível no website <https://www.capitalreset.com/o-aviao-do-futuro-airbus-apresenta-designs-para-aeronaves-movidas-a-hidrogenio/>. 21 de setembro de 2020.
15. CASAGRANDE, Vinícius. Estudos para futuro incluem aviões autônomos, supersônicos e elétricos. Disponível no website <https://economia.uol.com.br/todos-a-bordo/2020/08/22/futuro-dos-avioes-supersonico-autonomo-eletrico.htm>. 22/08/2020.
16. ADS LATIN. A incrível história do avião: a máquina que revolucionou gerações. Disponível no website <https://adslatin.com/incrivel-historia-aviao/>.
17. WIKIPEDIA. História da aviação. Disponível no website <https://pt.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%B3ria_da_avia%C3%A7%C3%A3o>.
18. WIKIPEDIA. Pressurização da cabine. Disponível no website <https://pt.wikipedia.org/wiki/Pressuriza%C3%A7%C3%A3o_da_cabine>.
19. WIKIPEDIA. Boeing 707. Disponível no website <https://pt.wikipedia.org/wiki/Boeing_707>.
20. WIKIPEDIA. North American X-15. Disponível no website <https://en.wikipedia.org/wiki/North_American_X-15>.
21. WIKIPEDIA. Concorde. Disponível no website <https://en.wikipedia.org/wiki/Concorde>.
22. WIKIPEDIA. Tupolev Tu-144. Disponível no website <https://en.wikipedia.org/wiki/Tupolev_Tu-144>.
23. ALENCAR, Lucas. Agência espacial russa está desenvolvendo motor nuclear. Disponível no website <https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2016/03/agencia-espacial-russa-esta-desenvolvendo-motor-nuclear.html>.
* Fernando Alcoforado, 82, condecorado com a Medalha do Mérito da Engenharia do Sistema CONFEA/CREA, membro da Academia Baiana de Educação, engenheiro e doutor em Planejamento Territorial e Desenvolvimento Regional pela Universidade de Barcelona, professor universitário e consultor nas áreas de planejamento estratégico, planejamento empresarial, planejamento regional e planejamento de sistemas energéticos, é autor dos livros Globalização (Editora Nobel, São Paulo, 1997), De Collor a FHC- O Brasil e a Nova (Des)ordem Mundial (Editora Nobel, São Paulo, 1998), Um Projeto para o Brasil (Editora Nobel, São Paulo, 2000), Os condicionantes do desenvolvimento do Estado da Bahia (Tese de doutorado. Universidade de Barcelona,http://www.tesisenred.net/handle/10803/1944, 2003), Globalização e Desenvolvimento (Editora Nobel, São Paulo, 2006), Bahia- Desenvolvimento do Século XVI ao Século XX e Objetivos Estratégicos na Era Contemporânea (EGBA, Salvador, 2008), The Necessary Conditions of the Economic and Social Development- The Case of the State of Bahia (VDM Verlag Dr. Müller Aktiengesellschaft & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2010), Aquecimento Global e Catástrofe Planetária (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2010), Amazônia Sustentável- Para o progresso do Brasil e combate ao aquecimento global (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do Rio Pardo, São Paulo, 2011), Os Fatores Condicionantes do Desenvolvimento Econômico e Social (Editora CRV, Curitiba, 2012), Energia no Mundo e no Brasil- Energia e Mudança Climática Catastrófica no Século XXI (Editora CRV, Curitiba, 2015), As Grandes Revoluções Científicas, Econômicas e Sociais que Mudaram o Mundo (Editora CRV, Curitiba, 2016), A Invenção de um novo Brasil (Editora CRV, Curitiba, 2017), Esquerda x Direita e a sua convergência (Associação Baiana de Imprensa, Salvador, 2018, em co-autoria), Como inventar o futuro para mudar o mundo (Editora CRV, Curitiba, 2019) e A humanidade ameaçada e as estratégias para sua sobrevivência (Editora Dialética, São Paulo, 2021).
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