Avanço supera problema de décadas de como aproveitar a tecnologia para impulsionar embarcações subaquáticas, de acordo com artigo
O projeto pode produzir quase tanto empuxo quanto um motor a jato comercial, usando fibras ópticas que revestem o submarino
Stephen Chen | South China Morning Post
Pequim - Cientistas que desenvolvem a tecnologia de submarinos nucleares de próxima geração da China dizem ter encontrado uma maneira de melhorar significativamente a eficiência das hélices a laser que poderiam um dia conduzir os navios submarinos.
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| Uma equipe de pesquisadores na China se aproximou do desenvolvimento de um sistema de propulsão a laser para submarinos. Foto: Reuters |
Os pesquisadores disseram que a nova tecnologia pode produzir quase 70.000 newtons de empuxo – quase a força de um motor a jato comercial – usando 2 megawatts de potência laser emitida pelo revestimento de fibras ópticas do submarino, cada uma mais fina do que um cabelo humano – uma eficiência antes considerada impossível de alcançar.
Os pulsos de laser não apenas geram empuxo, mas também vaporizam a água do mar, criando bolhas em toda a superfície do submarino, em um fenômeno conhecido como "supercavitação", que pode reduzir significativamente a resistência à água.
Teoricamente, o desenvolvimento poderia permitir que um submarino viajasse mais rápido do que a velocidade do som sem produzir a vibração de ruído mecânico que geralmente dá sua localização, de acordo com os pesquisadores.
Esta tecnologia semelhante à ficção científica - chamada "propulsão de onda de detonação de plasma induzida por laser de fibra subaquática" - poderia ter "amplas perspectivas de aplicação em áreas como propulsão furtiva para submarinos", disseram.
A equipe do projeto é liderada por Ge Yang, professor associado da escola de engenharia mecânica e eletrônica da Universidade de Engenharia Harbin, na província de Heilongjiang, onde o primeiro submarino da China foi desenvolvido.
O salto no progresso tecnológico do armamento e equipamentos da Marinha do PLA nos últimos anos está intimamente relacionado a esta vasta instituição, sediada no centro de fabricação industrial pesada do nordeste da China.
O governo dos EUA impôs severas sanções e bloqueios aos mais de 30 mil estudantes e cientistas da universidade.
De acordo com um artigo revisado por pares pela equipe de Ge, publicado na revista acadêmica chinesa Acta Optica Sinica no mês passado, a tecnologia pulsa um grande número de feixes de laser de alta potência ao redor do submarino de vários ângulos.
"Este método também pode ser aplicado a armas subaquáticas, causando um fenômeno de supercavitação, aumentando significativamente o alcance subaquático de projéteis, mísseis submarinos ou torpedos", disseram Ge e seus colegas.
A possibilidade de propulsão subaquática a laser foi proposta pela primeira vez por cientistas japoneses há 20 anos. A ideia é usar lasers para gerar plasma em água e, em seguida, usar a onda de detonação formada pela expansão do plasma para propulsão.
Pouco progresso foi feito, pois os cientistas acharam impossível gerar uma força motriz em uma direção específica, por causa da maneira como a onda de detonação se espalha de um único ponto em todas as direções.
Vários países, incluindo a China, financiaram uma extensa pesquisa de acompanhamento, com uma abordagem promissora envolvendo carregar a força da onda de detonação em minúsculas partículas esféricas feitas de metal ou outros materiais.
Quando essas partículas, conhecidas como meios de trabalho, saem em alta velocidade em uma direção específica, elas exercem uma força oposta sobre o submarino, de acordo com a lei de Newton.
No entanto, até agora, todos os esforços resultaram em eficiência muito baixa, com 1 watt de potência laser gerando apenas um milionésimo de um newton de empuxo, o que não tem valor de aplicação prática.
Ge e sua equipe disseram que resolveram o problema, projetando um motor a laser que melhora a eficiência da conversão de lasers em empuxo em três a quatro ordens de magnitude.
Ao contrário da visão geral da comunidade global de pesquisa de que a adição de dispositivos de restrição causaria perda significativa de energia, os cientistas chineses adicionaram um dispositivo semelhante a um cano de arma nas extremidades das fibras.
De acordo com o artigo, os pesquisadores resolveram o problema da perda de energia ajustando a forma e a estrutura interna do barril, suavizando a interface barril-fibra em forma de U.
Eles também usaram um par de barris para bombardear as partículas do meio de trabalho e adicionaram estruturas salientes cuidadosamente projetadas dentro do barril para reduzir a interação e o atrito interno entre as ondas de choque, disse o artigo.
Algumas das tecnologias por trás do avanço se originaram no campo de defesa aeroespacial, onde a China desenvolveu motores avançados de propulsão elétrica a plasma como parte de seu investimento significativo na pesquisa de armas hipersônicas.
De acordo com o artigo, esse campo de pesquisa, envolvendo os mecanismos físicos de ondas de choque de detonação e meios de propulsão, forneceu insights valiosos para o projeto e fabricação de hélices subaquáticas a laser.
Embora um reator nuclear em um submarino gere mais de 150 megawatts de energia térmica – o suficiente para o sistema de propulsão a laser – ainda há muitos desafios a serem superados antes que a tecnologia possa ser aplicada a submarinos nucleares, disse a equipe.
Isso inclui dissipação de calor das fibras ópticas, durabilidade em ambientes de alta potência e alta salinidade, bem como a correspondência de janelas de emissão de fibra óptica com as telhas anecoicas de superfície do submarino.
A tecnologia também exigiria mudanças significativas nos métodos de controle de direção e revestimento submarinos, de acordo com o artigo.
Os pesquisadores disseram que, apesar desses desafios, essa tecnologia disruptiva se alinha com a atual mudança global da transmissão mecânica para a propulsão elétrica pura na nova revolução industrial.
Além de potenciais aplicações militares, a propulsão a laser subaquática também pode ser aplicada para melhorar a eficiência de navios civis e alcançar o "transporte verde", disse a equipe de Ge.
