Os meteoros ardem progressivamente quando chocam com a atmosfera terrestre. Por que razão isso não acontece com as naves-espaciais?

Quando um pequeno meteoro colide com a atmosfera terrestre, deixa de viajar através do vácuo para passar a viajar através do ar. Viajar através do vácuo não requer qualquer esforço para o meteoro, dado que no espaço ele não está sujeito a quaisquer forças, pelo que não dispende energia para se movimentar. Já a viajem através do ar, por outro lado, é um pouco diferente.

Um meteoro que se desloque no vácuo viaja, geralmente, a velocidades de dezenas de milhares de quilómetros por hora. Quando o meteoro colide com a atmosfera, ele obriga o ar a comprimir-se à sua frente muito rapidamente. Ora, quando um gás é comprimido há um aumento de pressão e, portanto, um aumento de temperatura (conforme a equação de estado dos gases ideiais, PVm = RT, modelo que serve como boa aproximação para este caso). Isto provoca um aquecimento muito acentuado do meteoro, ao ponto de começar a inflamar-se. O ar queima o meteoro até já não restar nada deste. As temperaturas de re-entrada na atmosfera terrestre podem subir até valores tão altos como 1650 ºC! (Uma curiosidade: as temperaturas mais violentas a que até hoje uma nave conseguiu sobreviver foram experimentadas em Júpiter pela sonda Galileu (14000 ºC), que penetrou na atmosfera do planeta gigante a uma velocidade de 170700 km/h).

Obviamente, não seria nada positivo se uma nave-espacial fosse completamente destruída pelo aumento de temperatura causado pelo ar na re-entrada duma atmosfera. Assim, existem dois tipos de tecnologia usada para impedir o sobreaquecimento da estrutura da nave:

• tecnologia "ablativa"
• tecnologia de "telha isolante"

No caso da tecnologia ablativa, a superfície do escudo termodinâmico que reveste a nave funde e vaporiza e, durante este processo, arrasta consigo o calor libertado. Esta foi a tecnologia que permitiu a re-entrada, por exemplo, da nave-espacial Apollo no nosso planeta.

No caso da tecnologia de telha isolante, as naves-espaciais estão protegidas por telhas de sílica (SiO2). A sílica é um isolante extremamente bom: é possível pegarmos numa telha de sílica duma nave-espacial por uma ponta e aquecermos o centro com uma chama incandescente. A telha tem um poder isolante tão grande que não detectamos qualquer presença de calor na ponta pela qual estamos a segurar.

Existem ainda outros tipos de materiais usados na protecção da estrutura das naves-espaciais e sondas à entrada na atmosfera dum planeta. A sonda Galileu, referida acima, por exemplo, usava um escudo termodinâmico feito de carbono-fenólico, o qual possuia, antes de penetrar na atmosfera de Júpiter, uma massa de 50% da massa da sonda.

Alguns escudos são reutilizáveis, com apenas algumas reparações pouco dispendiosas entre diversas missões espaciais. Na construcção destes escudos utiliza-se um revestimento de telhas de cerâmica sob a estrutura da nave. Contudo, a utilização desta técnica revelou-se menos eficaz do que se pretendia: as naves sofriam dano e perda frequentes das telhas. Estes problemas culminaram na destruição da nave-espacial Columbia quando uma pequena quantidade de espuma isolante proveniente do tanque de combustível externo da nave caiu e danificou o escudo termodinâmico da sua asa esquerda.

Bibliografia:

1. http://science.howstuffworks.com/question308.htm
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Ablative_heat_shield