Isaac Newton postulou os requerimentos balísticos para acertar a lua com uma arma no seu famoso experimento mental da bala de canhão. Desde Newton, e até mesmo por anos antes dele, humanos têm pensado implacavelmente em acertar nosso satélite natural. Agora, nós estamos bem próximos de entender como fazer isso.

Há apenas dois jeitos de sair do planeta — com propulsão e sem propulsão. Foguetes, que usam propelentes para acelerarem continuamente enquanto viajam, fazem parte da primeira categoria. Viagens espaciais como as conhecemos são quase exclusivamente do primeiro tipo: afinal, isso é muito menos desgastante para a nave e para a carga útil enquanto elas chegam à velocidade de escape (a velocidade e direção mínimas na qual um objeto deve viajar para não cair ou entrar de volta na órbita do planeta).

Balas e projéteis, que só aceleram até saírem do cano da arma, são muito mais difíceis de sair do planeta. Portanto, você vai precisar de uma arma grande. Muito, muito grande. Maior do que qualquer arma já construída. Vamos precisar de uma arma espacial.

Uma arma espacial é uma arma que lança objetos até o espaço. Duh. É a alternativa aos lançamentos de foguetes. Júlio Verne tornou este conceito famoso em seu clássico da ficção científica Da Terra à Lua. As forças militares americanas tentaram várias vezes construir coisas assim, primeiro com explosivos de alta capacidade, depois com trilhos e bobinas eletromagnéticas.

A primeira tentativa a dar certo foi a SHARP (Super High Altitude Research Project), que tinha ignição por metano pressurizado para conduzir um pistão de uma tonelada. Este gás de hidrogênio era comprimido no fim do tubo de disparo a 60.000 psi, lançando um projétil de cinco quilos a Mach 8,8, ou 10.800 km/h. Mais impressionante ainda era o Project HARP. Ele disparava uma bala de 180 kg a 175 km de distância numa velocidade de 13.000 km/h, usando uma arma naval de calibre 100 (40 cm).

Mas, por mais impressionantes que sejam, nem o HARP ou o SHARP ou qualquer projeto de lançamento balístico espacial conseguiu colocá-los em órbita. O interesse militar na questão diminuiu nos últimos anos. Empresas privadas, a partir de então, passaram a investir nisso, com empresas como Quicklaunch e StarTram competindo por investidores. Uma arma dessas tem custos de construção imensos, mas o potencial também é enorme — os custos de operação podem ficar em apenas US$ 250 por kg, enquanto o custo do lançamento de foguetes fica em cerca de US$ 5.000 por kg.

Mas há alguns problemas fundamentais com armas espaciais que devem primeiro ser superados antes da tecnologia se tornar praticável. E o menor dos problemas é se tratar de cargas sendo atiradas de um canhão gigante a velocidades supersonicas. É que, ao contrário dos foguetes, projéteis balísticos só aceleram até sair do cano. Isto significa que, para atingir a velocidade de escape necessária, eles têm que estar incrivelmente rápidos (como já foi dito, Mach 8,8) assim que saem do cano, atravessar a atmosfera da Terra e escapar das forças gravitacionais do planeta.

Para fazer isso, precisamos ou de uma arma com um cano muito longo ou precisamos disparar o projétil com muito mais força — centenas de vezes a força da gravidade. Mesmo se o cano tivesse 60 km de comprimento, o projétil precisaria estar acelerando a mais de 1.000 m/s² assim que ele sai da arma para atingir a velocidade de escape. Esta aceleração iria exercer uma força de cem vezes a gravidade na carga durante uma viagem de 10 segundos. O problema: humanos só suportam entre 25 e 35 G.

Não é apenas a carga que sofre. O exterior do projétil também enfrenta situações extremas durante o lançamento. Como o projétil está mais rápido no ponto onde a atmosfera é mais densa (presumivelmente no nível do mar, assim que sai do cano), o calor de fricção produzido é imenso. Como explica Greg Goebel, do Vectors, “um cálculo simples baseado num projétil cúbico de 1 kg lançado a 39.600 km/h ao nível do mar mostra que ele perderia 20% da sua velocidade e boa parte da proteção térmica ablativa nos primeiros 16 metros de voo”.

Mesmo se a arma fosse colocada no topo de uma montanha de 4.500 metros, o que reduziria a quantidade de atmosfera pela qual o projétil teria que passar e diminuiria em um terço a força necessária, a energia necessária para a operação seria proibitivamente grande. Pelo menos, na tecnologia de hoje.

Quando chegar a hora do impacto, por sorte, as leis da gravidade ajudam bastante na hora de acertar outro objeto celeste. Desde que uma carga passiva esteja viajando numa velocidade menor que que a velocidade de escape do alvo quando os dois se encontrarem, a força gravitacional da Lua irá atrair a bala com força suficiente para acertar a primeira órbita. Mesmo que acertar a Lua seja quase garantido, entretanto, seria mais útil se nós apenas pudéssemos apenas colocar o projétil na órbita lunar.

Entrar na órbita lunar é outra tarefa que requer um foguete com propulsão. A inserção orbital deve sempre ser feita com carga ativa (equipada com retrofoguetes ou aerobreques) que podem ajustar sua forma à orbita depois do lançamento reduzindo a quantidade de movimento para menos do que a velocidade de escape do alvo. O Mars Recon Orbiter, Mariner 9, e todas as outras naves espaciais que enviamos ao sistema solar usaram esta técnica. O que é ótimo — se você quer quase chegar lá.

Então, você ainda quer acertar a Lua? Você terá que construir uma arma gigante no topo de uma montanha muito alta, carregar com alguma coisa que possa resistir à força monumental do lançamento e ao impacto supersônico com a superfície interplanetária, e fazer tudo isso por um custo menor que o da Estrela da Morte. Só isso.

[Quora – Wikipedia 1234 – NASA – PopSci – FAS – CalcTool – Imagem: Life in Equinox]