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Franklin Chang-Díaz, Chairman and CEO, Ad Astra Rocket Company: “The production of hydrogen through the electrolysis of water is a way of storing energy for use when needed”

Após obter uma graduação em Engenharia Mecânica e um doutorado em Física de Plasma, Franklin Chang-Díaz ingressou na NASA no princípio dos anos 80 como o primeiro astronauta latino-americano da história. Durante 25 anos em ativo, completou sete missões espaciais e cumpriu mais de 1.600 horas no espaço. Depois de se aposentar, fundou Ad Astra Rocket, uma empresa de engenharia aeroespacial que está realizando a pesquisa sobre motores de propulsão elétricos, e aplicando estes avanços no transporte público de sua Costa Rica natal

O início de sua carreira espacial remonta-se aos anos 80, como era então a situação e que perspectivas existiam?

 

Começava a era dos ônibus espaciais. Os voos iniciaram-se em 1981, mas eram muito pouco frequentes, pois a tecnologia ainda continuava em desenvolvimento. Em 1980, na NASA somente havia astronautas norte-americanos, com a exceção de dois europeus (o suíço Claude Nicollier e o holandês Wubbo Ockels) que entraram no programa em meu grupo, empreendendo assim a colaboração com a Agência Espacial Europeia que acabava de se conformar. Meu primeiro voo espacial foi em janeiro de 1986. Durante meus 25 anos na NASA, participei como astronauta em 7 missões, compartilhando o recorde mundial de voos espaciais com meu companheiro Jerry Ross. Hoje, o programa principal consiste na operação da Estação Espacial Internacional.

 

 

Como você nos contou, realizou sete viagens ao espaço – entre 1986 e 2002 -. Quais são as diferenças entre as missões que você realizou e as que se fazem atualmente?

 

A complexidade das missões aumentava à medida que as técnicas se aperfeiçoavam. Houve grandes diferenças entre a minha primeira missão, em janeiro de 1986, e a última, em junho de 2002. Nas primeiras, nosso treinamento centrava-se em executar tarefas prescritas com grande detalhe. À medida que as missões se tornaram mais complexas, o enfoque do treinamento mudou mais para o desenvolvimento de destrezas que nos permitiriam enfrentar a muitos e diversos imprevistos. Também o conteúdo científico das missões evoluiu para uma maior complexidade e produtividade.

“O motor VASIMRâ é elétrico e permite maior carga útil do que um motor químico, fazendo com que o transporte espacial seja mais econômico”

Continua muito vinculado à indústria (através de sua empresa Ad Astra Rocket Company) e tem entre mãos um importante projeto: o desenvolvimento de um motor de propulsão elétrica. Em que consiste exatamente este motor de plasma (VASIMR) e como pode melhorar as missões espaciais?

Todos os foguetes funcionam da mesma maneira: um “combustível” a alta temperatura se dispara em uma direção, deslocando o foguete na direção oposta pelo conhecido princípio de ação e reação. Em um foguete químico, o combustível acende-se produzindo a alta temperatura. Em um foguete elétrico não é combustível, mas um gás inerte que é aquecido com a eletricidade de uma fonte externa (um painel solar ou um reator nuclear). Isto permite alcançar temperaturas muito mais altas e maior eficiência, utilizando menos “combustível.” O motor VASIMRâ é elétrico e permite maior carga útil do que um motor químico, fazendo com que o transporte espacial seja mais econômico. Ao ser mais frugal que o motor químico no consumo de “combustível”, o motor VASIMRâ opera por períodos mais longos, pelo que a aceleração é mais prolongada e, em voos interplanetários, a velocidade da nave termina sendo maior, encurtando o tempo de travessia. É uma mudança de paradigma no transporte espacial.

Que provas se realizaram com esta tecnologia e qual foi o resultado obtido?

O protótipo experimental que temos, o VX-200, esteve operando – e evoluindo – em testes na câmara de vazio de nosso laboratório há cerca de dez anos. De 2010 a 2013 executamos mais de 10.000 disparos desse motor a potências de 200 kW com resultados excelentes.

Em 2015, sob contrato com a NASA, iniciamos modificações no laboratório e no design do próprio motor (essa variante chama-se VX-200SS) para que pudesse operar continuamente por longos períodos de tempo (horas) e assim demonstrar um novo sistema de controle térmico do motor. Essas provas estão sendo realizadas nestes momentos e continuarão até meados de 2020. Superado esse ponto chave, iniciaremos a construção de um novo motor, o TC-1Q, que esperamos lançar ao espaço para ser provado por volta de 2023.

Um dos projetos derivados mais ambiciosos é a viagem tripulada até Marte. Como esta tecnologia pode facilitá-la?

Para viagens tripuladas a este planeta, a eletricidade que o motor precisa não viria de um painel solar, mas sim de um reator nuclear e, ainda que não seja por nós, esta tecnologia está sendo desenvolvida paralelamente por outros grupos nos Estados Unidos e outros países com capacidade nuclear. Com o devido reator, o motor VASIMRâ conseguiria encurtar drasticamente o tempo de travessia a Marte, dos cerca de oito meses estimados atualmente até os três meses. À medida que se aperfeiçoe a tecnologia nuclear, inclusive menos. Por sua característica aceleração contínua, quanto maior a distância, mais alta é a velocidade e, nesse contexto – mais além de Marte – o motor VASIMRâ poderia habilitar todo o sistema solar à exploração humana.

Em que fase do projeto se encontram e quais os riscos previstos em sua implementação?

Ao completar as provas de longa duração, o motor estaria na fase 5 na escala da NASA, que se denomina ‘Technology Readiness Level’ (TRL, por suas siglas em inglês). A fase 6, que iniciaríamos em 2020, representa a primeira prova da tecnologia no espaço. Riscos, tanto técnicos como programáticos e financeiros, sempre existem em todos os desenvolvimentos inovadores como o nosso. Mas a equipe enfrenta esses riscos com disciplina e paciência. À medida que a tecnologia amadurece, o risco é reduzido.

Que medidas de prevenção são postas em funcionamento na hora de segurar um projeto aeroespacial de semelhante magnitude?

Planejamento, planejamento e planejamento. É muito importante ter um roteiro bem definido com metas alcançáveis programadas e bem orçadas. É preciso prestar atenção nos detalhes e antecipar erros, contratempos e imprevistos e ter planos alternativos para lidar com situações e cenários diferentes. Você tem de escutar a sua equipe, cuidá-la e estar psicologicamente preparado para liderar uma luta contínua e longa, evitando cair no derrotismo e mantendo uma atitude otimista, mas sem perder a sintonia com a realidade.

A Ad Astra Rocket Company também está envolvida em um projeto que utiliza o hidrogênio como meio para armazenar e produzir energia limpa e renovável, poderia explicar-nos em que consiste?

A produção de hidrogênio por meio da eletrólise da água é uma forma de armazenar energia para utilizá-la quando necessário Se a energia que se usa para a eletrólise é limpa (solar, eólica, etc.) então o processo é limpo. O hidrogênio, armazenado em um tanque, é combinado com o oxigênio do ar em veículos elétricos que utilizam células eletroquímicas (fuel cells) para produzir a eletricidade que o move, e a água é recuperada que, além disso, sai pura do processo. Na Costa Rica a eletricidade é bastante limpa, e o nosso objetivo é utilizar o hidrogênio para armazenar a abundante energia solar e eólica que temos e que, por sua intermitência, desaproveitamos. O hidrogênio pode substituir o diesel e a gasolina no transporte e assim contribuir para a descarbonização de nossa economia, além de criar novos postos de trabalhos e novas indústrias na região.

 

Poderia falar-nos da implementação deste modelo de motor no transporte público costarriquenho? Em que fase do projeto se encontram?

Em novembro de 2017 inauguramos o primeiro ecossistema de transporte público elétrico por hidrogênio na América Central. Em maio de 2018, nosso ônibus, chamado Nyuti (Estrela em Chorotega) transportou o presidente eleito, Sr. Carlos Alvarado Quesada, e o seu gabinete à posse em San José. Em janeiro de 2019, além do ônibus, em colaboração com a empresa Purdy Motor, S.A., distribuidores da Toyota na Costa Rica, introduzimos o Toyota Mirai, primeiro sedã elétrico de hidrogênio na América Latina, e nos incorporamos ao grupo de países que impulsionam o hidrogênio (IPHE, por suas siglas em inglês) tornando-nos cofundadores do Centro de Segurança do Hidrogênio (Center of Hydrogen Safety). Hoje estamos em processo de expansão do ecossistema a um segundo dispensador de hidrogênio de enchimento rápido, que estará operando a meados de 2020, e nos tornamos pioneiros na América Latina na tecnologia do hidrogênio.

Em quais outros setores e negócios você considera que se pode implementar esta tecnologia?

O hidrogênio é relevante em todas as formas de transporte, incluindo carros, ônibus, caminhões, trens, barcos e até mesmo em aviões. Além disso, pode ser utilizado em energia estacionária, em edifícios, comércios, indústria e para outros processos como fertilizantes, plásticos, aço, cimento e geração de calor. A produção de hidrogênio por eletrólise também gera grandes quantidades de oxigênio de alta pureza, que é parte da cadeia de valor. Também o é a água pura que resulta do consumo de hidrogênio na produção de eletricidade.

Quais serão as tendências que marcarão o futuro da indústria aeronáutica? Em sua opinião, quais serão as chaves de seu desenvolvimento tecnológico?

A tendência para a eletrificação do transporte também se filtra na aviação e a indústria espacial. No final das contas, o motor VASIMRâ é um motor elétrico. Em um futuro não muito distante, os equipamentos pesados que ajudarão na construção de estações lunares e marcianas serão movidos, não por diesel ou gasolina, mas por eletricidade gerada por hidrogênio. A chave está em perder o medo.

O Dr. Franklin Chang Díaz é presidente e diretor geral da Ad Astra Rocket Company, uma empresa norte-americana que desenvolve tecnologia avançada de foguetes de plasma e aplicações em energia sustentável com operações em Webster, Texas e Guanacaste (Costa Rica). O Dr. Chang Díaz fundou a companhia em 2005, depois de uma carreira de 25 anos como astronauta da NASA. Veterano de 7 missões espaciais, registrou mais de 1.600 horas no espaço, incluindo 19 horas em três travessias espaciais. Em 1994, junto com o treinamento de astronautas na NASA, fundou e dirigiu o Laboratório de Propulsão Espacial Avançada (ASPL) no Centro Espacial Johnson para desenvolver a física do motor de foguetes VASIMR®. O Dr. Chang Díaz tem um doutorado em Física aplicada do Plasma pelo MIT e uma graduação em Engenharia Mecânica pela Universidade de Connecticut. Além disso, é professor adjunto de Física na Universidade de Rice e na Universidade de Houston.

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