Avião de papel de origami da ISS: o que acontece na reentrada atmosférica

Às vezes, a vida coloca perguntas profundas que pedem resposta, como "Qual é o sentido da existência?", "Estamos sozinhos no Universo?" ou "O que acontece se você jogar um avião de papel da Estação Espacial Internacional (ISS)?".

Por sorte, essa terceira questão finalmente ganhou uma resposta - porque, claro, mais cedo ou mais tarde alguém iria testar.

Um novo estudo de Maximilien Berthet e Kojiro Suzuki, da Universidade de Tóquio, analisa "a dinâmica de um avião espacial de origami durante a reentrada atmosférica na Terra" - em termos simples, o que acontece quando um avião de papel é atirado para fora da ISS.

Antes de chegar ao resultado, vale passar por alguns conceitos técnicos que ajudam a entender esse cenário, que parece simples só à primeira vista.

Do origami ao modelo: como foi feito o avião de papel

Origami, em japonês, significa literalmente “papel dobrado”. Neste trabalho, os autores decidiram construir o avião com uma folha branca padrão A4. O formato final lembra aquele avião que uma criança do ensino fundamental faria para perturbar o colega da frente na sala de aula - só que, aqui, acompanhado de um volume muito maior de modelagem aerodinâmica.

Depois de criarem o modelo no computador, chegou a hora de simular o lançamento. A ISS orbita a cerca de 400 quilómetros de altitude, então o avião foi “solto” desse patamar, com uma velocidade semelhante à da própria estação: 7.800 metros por segundo.

À primeira vista, um valor desses parece suficiente para rasgar instantaneamente qualquer coisa feita de papel. Só que, a 400 km de altura, a atmosfera é rarefeita demais para causar estragos relevantes… pelo menos no início.

O que as simulações indicam durante a reentrada atmosférica

E isso se mantém por boa parte do retorno em direção ao solo. Dos 400 km até cerca de 120 km de altitude, o avião continua relativamente estável, justamente porque há pouco ar para o “chacoalhar”.

Por outro lado, ele desce depressa por causa do seu baixo coeficiente balístico - uma medida de quão bem um objeto consegue “vencer” a resistência do ar. Com um coeficiente balístico baixo, o avião perde velocidade rapidamente, chegando aos 120 km em aproximadamente 3,5 dias.

O lado positivo desse coeficiente balístico reduzido é que, ao entrar em camadas mais densas da atmosfera, a velocidade terminal do avião seria menor do que a de um objeto como uma bala de canhão.

Só que ele nem chega a aproveitar essa vantagem: segundo as simulações, por volta dos 120 km a maior densidade do ar induz um movimento de cambalhotas impossível de controlar, empurrando o avião para uma trajetória caótica - familiar para qualquer pessoa que já tentou lançar um aviãozinho de papel.

Por que o túnel de vento hipersónico entrou na história

Mas por que ficar apenas nas simulações quando se tem um doutorado em Engenharia Aeroespacial e dá para construir um avião de papel em nome da ciência? E por que fazer só um teste simples se existe um túnel de vento avançado no campus da universidade?

A resposta é: não faz sentido parar. Por isso, os autores montaram um modelo físico de avião de papel (com uma cauda de alumínio, vale a ressalva) e o colocaram no Túnel de Vento Hipersónico e de Alta Entalpia de Kashiwa, na Universidade de Tóquio, para medir que tipo de esforços aerodinâmicos essa estrutura conseguiria suportar.

Eles também não “aliviaram” na condição de ensaio. O modelo, em escala de um terço, foi exposto a ventos de Mach 7 por 7 segundos, algo compatível com forças típicas de uma reentrada real. Como era de esperar, o nariz do avião dobrou para trás - mas, para seu crédito, ele não se desfez completamente nesse intervalo.

Ainda assim, apareceram sinais claros de carbonização no nariz e nas pontas das asas, o que indica que, se o teste tivesse durado mais, o avião acabaria por queimar.

Onde um “avião espacial” de origami poderia ser útil

Confirmar esse desfecho, aliás, era um dos objetivos do trabalho. Há várias arquiteturas de missão que, em tese, poderiam explorar algo semelhante a esse conceito de avião de papel: o experimento LEAVES, pensado para exploração de Vénus, é um exemplo. Além disso, certas observações da Terra também poderiam ganhar com uma plataforma leve e estável para recolha de dados, desde que ela se desintegrasse por completo na atmosfera ao fim da vida útil.

Na prática, qualquer missão desse tipo exigiria eletrónica e muitos outros componentes, o que tiraria a “pureza” de testar um avião de papel simples, do tipo que uma criança poderia fazer em sala.

Às vezes, porém, a ciência é tanto sobre inspiração quanto sobre exploração - e os resultados apresentados neste estudo entregam um pouco dos dois.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.