Uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, está testando um novo sistema de propulsão aeroespacial que deverá melhorar significativamente as capacidades de exploração do espaço profundo dos microssatélites. Este sistema integra duas formas distintas de propulsão na mesma plataforma, permitindo ao satélite realizar tanto manobras rápidas como voos eficientes de longa distância.


No centro do projeto está um único propulsor que pode alimentar a propulsão química e elétrica. Tradicionalmente, os dois tipos de sistemas muitas vezes requerem unidades independentes de combustível e propulsão, que não são apenas complexas em estrutura, mas também ocupam um valioso volume de cabine. Amelia Bruno, uma das líderes da investigação e anteriormente trabalhou no MIT Aeronautics and Astronautics (AeroAstro), disse que se a propulsão química e eléctrica puder ser realizada numa pequena plataforma ao mesmo tempo, “é equivalente a ter as vantagens de ambas as tecnologias”, permitindo que pequenos satélites realizem observações mais científicas e tarefas complexas em plataformas mais pequenas e mais baratas.

Resultados relevantes foram publicados no Journal of Propulsion and Power, patrocinado pelo Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica (AIAA). O artigo mostra que um monopropulsor relativamente ecológico, originalmente desenvolvido pela Força Aérea dos EUA para propulsão química, pode ser usado com sucesso para acionar um dispositivo de propulsão elétrica em miniatura - o chamado propulsor "eletrospray".

O propulsor a jato eletrostático é um propulsor elétrico extremamente pequeno, aproximadamente do tamanho de uma moeda ou até mesmo de uma unha. Ele funciona usando um campo elétrico para carregar partículas em um propulsor líquido e, em seguida, ejetar essas partículas carregadas para fora do dispositivo para gerar impulso. Este tipo de propulsor tem eficiência de utilização de combustível extremamente alta e é adequado para realizar controle de atitude lento e preciso e ajuste fino de órbita. Ele pode fornecer incrementos de velocidade cumulativos para a espaçonave durante um longo período de tempo e é muito adequado para missões no espaço profundo e de longa duração.

Em contraste, os propulsores químicos fornecem alto empuxo em um curto período de tempo e são adequados para cenários de manobras de alta demanda, como aceleração rápida e mudanças bruscas de órbita. A equipa do MIT acredita que se for encontrado um propulsor comum adequado tanto para propulsão química como eléctrica, os pequenos satélites ganharão uma flexibilidade sem precedentes na concepção de missões. Eles estão atualmente trabalhando com a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) para se preparar para a verificação em órbita em uma missão chamada “Green Propulsion Dual Mode (GPDM)”.

A missão GPDM usa um CubeSat do tamanho de uma maleta, equipado com um propulsor químico e quatro propulsores eletrostáticos, compartilhando o mesmo tanque de propelente. Este será o primeiro teste em órbita de um sistema de propulsão de modo duplo em uma pequena plataforma de satélite. Bruno destacou que, se a missão for bem-sucedida, lançará as bases para o futuro conceito de uso de plataformas compactas para exploração do espaço profundo, como o envio de satélites cúbicos para Marte ou mesmo para o cinturão de asteróides, "vagando lentamente" por meio de propulsão elétrica para completar vôos de longa distância e, em seguida, usando propulsão química para manobrar e posicionar-se rapidamente perto do alvo.

Paulo Lozano, um dos co-autores do artigo e professor catedrático Miguel Alemán Velasco da Escola de Aeronáutica e Astronáutica do MIT, disse que neste novo modo, o CubeSat pode realizar detecção complexa como uma "aeronave de reconhecimento do espaço profundo": primeiro use spray eletrostático para empurrar para a vizinhança do alvo por um longo tempo e, em seguida, use propulsão química para manobrar rapidamente para conduzir observações de perto em vários ângulos do terreno ou fenômenos de interesse. Desta forma, a flexibilidade do planeamento da missão de pequenos detectores será significativamente melhorada.

Lozano lidera um laboratório que há muito se concentra no desenvolvimento de sistemas de propulsão eletrostática a jato para satélites que variam desde o tamanho de uma lancheira até pequenas bagagens de mão. Em comparação com os grandes satélites tradicionais, o custo de lançamento deste tipo de pequena nave espacial é significativamente menor, mas os requisitos de volume e massa são extremamente rigorosos, pelo que o sistema de propulsão deve ser altamente compacto. A tecnologia de pulverização eletrostática atende a essa demanda: o corpo do propulsor desenvolvido pela equipe do MIT tem apenas o tamanho de uma unha, é instalado em um minúsculo tanque de armazenamento de líquido e preenchido com propelente líquido iônico.

Após ser energizado, o propulsor aplica uma tensão aos íons na solução de armazenamento, fazendo com que eles sejam carregados e ejetados através da estrutura emissora de microjato para formar um feixe de íons contínuo e estável. Na última década, a equipe testou uma variedade de estruturas de propulsores e formulações de propulsores, com foco em materiais como “líquidos iônicos”. Este tipo de líquido à base de sal pode permanecer líquido em ambientes extremos e também é estável no vácuo e nas condições criogênicas do espaço, tornando-o muito adequado como meio de trabalho para sistemas de propulsão elétrica.

Bruno disse que os líquidos iônicos são essencialmente “um oceano líquido cheio de íons”, que é adequado para a tecnologia de pulverização eletrostática para extrair íons deles para formar um jato. Ao contrário de outros propulsores comuns do mesmo período, os líquidos iônicos não são voláteis, tornando-os mais seguros de manusear e reduzindo os riscos de testes em solo e operações em órbita.

Neste estudo, as equipes de Bruno e Lozano colaboraram com a Força Aérea dos EUA para introduzir um novo propulsor líquido iônico chamado "ASCENT" (Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic). O ASCENT foi originalmente desenvolvido para sistemas de propulsão química espacial para substituir o combustível hidrazina, altamente tóxico, mas amplamente utilizado, melhorando assim a segurança e a proteção ambiental, garantindo ao mesmo tempo a densidade energética.

Como o próprio ASCENT é uma mistura de líquidos iônicos, a equipe do MIT especulou que deveria ser usado em sistemas de pulverização eletrostática, então iniciaram uma verificação experimental sistemática. No experimento, os pesquisadores injetaram o ASCENT em pequenos tanques de armazenamento de líquidos em forma de cubo. O volume de cada tanque é quase o mesmo de um bloco de Lego. A massa do propulsor preenchido é de cerca de 1 grama e a viscosidade é próxima à do óleo de bebê.

Propulsores a jato eletrostáticos equipados com ASCENT foram instalados em ambos os lados de um CubeSat, e todo o dispositivo foi colocado em uma plataforma de teste personalizada de "Levitação Magnética (MagLev)". A plataforma está localizada em uma câmara de vácuo e utiliza magnetismo para levitar parcialmente o satélite, simulando assim o ambiente sem atrito no espaço. A equipe de pesquisa aciona os propulsores sob diferentes condições de tensão, de modo que o torque gerado pelo jato faz o satélite girar lentamente como um giroscópio e mede a resposta de rotação para reverter o nível de empuxo e a eficiência da propulsão.

Os resultados dos testes mostram que o ASCENT pode acionar propulsores a jato eletrostáticos de maneira estável e seu desempenho é equivalente ao dos propulsores líquidos iônicos de propulsão elétrica comumente usados ​​atualmente. Em experimentos de operação contínua com duração de cerca de 100 horas, o sistema apresentou boa estabilidade e sustentabilidade. Bruno disse que, comparado aos propulsores eletrostáticos tradicionais comumente usados ​​em laboratórios, o ASCENT oferece desempenho de empuxo semelhante. “Depois de confirmar a compatibilidade, podemos pensar ainda mais em como continuar a otimizar o desempenho do sistema nesta base.”

Como o ASCENT pode ser usado tanto para propulsão química quanto para energia em sistemas de propulsão elétrica, como injeção eletrostática, futuras espaçonaves poderão fornecer simultaneamente ambos os tipos de sistemas de propulsão através de um único tanque de propelente. Este projeto simplifica bastante a configuração geral, ao mesmo tempo que reduz o número de tubulações e tanques de armazenamento, ao mesmo tempo que mantém as respectivas vantagens dos dois tipos de tecnologias de propulsão. O MIT e a NASA planejam realizar a primeira medição espacial real na missão CubeSat de “modo duplo de propulsão verde” lançada em novembro deste ano. Esta também será a primeira vez que um satélite realmente “compartilhará tanques de propelente”.

Lozano destacou que esta tecnologia não é apenas adequada para a exploração interestelar, mas também terá um impacto importante em missões próximas à Terra, como monitoramento meteorológico e constelações de observação climática. Por exemplo, ele disse que quando uma forte tempestade está prestes a ocorrer em um determinado local, o operador pode manobrar rapidamente um grupo de pequenos satélites sobre a área alvo com base nas necessidades de observação, ou ajustar lentamente a órbita durante um longo período de tempo; este método de implantação de "velocidade e lentidão controlável" só é viável quando tanto a propulsão química de alto empuxo quanto a propulsão elétrica de alta eficiência estão disponíveis, e o sistema de modo duplo fornece a base técnica para isso.

Esta pesquisa, intitulada "Performance Characterization of Electrospray Thrusters with Energetic Ionic Liquid Monopropellant" (Caracterização de Desempenho de Electrospray Thrusters with Energetic Ionic Liquid Monopropellant), foi publicada no "Journal of Propulsion and Power" em 31 de maio de 2026. A pesquisa também foi parcialmente financiada pela NASA.