A brilhante e simples solução de estabilização do míssil Sidewinder

O Sidewinder é um míssil ar-ar guiado por infravermelho que existe praticamente desde sempre, e embora a versão atual seja infinitamente mais moderna, ela guarda algumas idéias geniais do projeto original, do final da Década de 1940.

• Sidewinder - O míssil que nasceu por acaso
• Sobre a estranha dificuldade em derrubar um balão com caças de 5.ª Geração

Como contado neste excelente artigo, o Sidewinder original tinha 14 válvulas e menos de 24 partes móveis. Isso é mais simples eletronicamente do que uma televisão, mas ele era capaz de identificar um alvo via sensores infravermelhos e guiar o míssil até ele.

Lembre-se, estamos falando de um míssil valvulado que entrou em operação em 1956, sua tecnologia era barro fofo e pedra lascada. Não havia inteligência artificial, processadores rodando a vários Gigahertz, nada. Ele era originalmente 100% analógico.

Um dos problemas que tinham que resolver era a tendência do míssil de girar em seu eixo. Isso não era problema para foguetes e projéteis, na verdade era uma vantagem, pois estabilizava a trajetória, mas o Sidewinder precisava manter o alvo fixo em seu sensor, e girar feito uma pomba não ajudava.

Dito isso, resolver o problema era mais complicado do que parecia. Teriam que incluir um giroscópio, atuadores eletromecânicos e vários outros equipamentos, para detectar e conter a rotação do míssil. Isso significaria que o Sidewinder ficaria mais pesado e complicado.

A solução encontrada foi genialmente simples, mas para chegar a ela os engenheiros precisaram apelar para alguns dos princípios fundamentais do Universo.

No caso, a chamada conservação de momento angular, uma derivação da 1ª Lei de Newton:

"Um corpo permanece em repouso ou em movimento uniforme em linha reta, a menos que seja forçado a mudar de estado por uma força externa".

A conservação de momento angular determina que um objeto em rotação tende a permanecer em rotação, qualquer alteração exigirá que se introduza ou retire energia do sistema. Isso vale para um dente de leão, para um pirocóptero, para um furacão e para o maior buraco negro do Universo.

É um conceito compreendido por patinadores e bailarinos, que quando dão piruetas, abrem e encolhem os braços, diminuindo ou aumentando a velocidade de rotação.

Quanto mais rápida a rotação, maior a inércia e maior a força necessária para mover o objeto. Todo mundo que segurou um disco rígido de computador ligado percebeu as estranhas forças, quando tentamos girá-lo e ele resiste, meio que por mágica.

Esse efeito foi demonstrado na Estação Espacial Internacional, com algo simples como um CD Player (pergunte a seus pais).  Com velocidade de rotação variando entre 500 e 200RPM, o disco acumula momento angular o suficiente para exercer bastante força contrária (aqui entre a 3ª Lei de Newton: "Para cada ação, há uma reação igual e oposta") e com isso o sistema fica bem estabilizado, veja:

Essa tecnologia é usada nas chamadas “rodas de reação”, usadas em satélites (e na própria Estação Espacial), que permitem que você mude a orientação de um objeto no espaço, sem usar combustível.

Aqui uma demonstração em terra do efeito giroscópico. Com algumas centenas de RPMs uma roda de bicicleta acumula momento suficiente para contrabalançar a atração gravitacional do planeta INTEIRO, e fica suspensa perpendicular, ao menos até a resistência do ar e o atrito do eixo consumirem energia suficiente.

E onde isso se encaixa no Sidewinder?

No derrière, literalmente. Observe este detalhe da traseira do Sidewinder. Está vendo as quatro aletas estabilizadoras? Em alguns mísseis elas são móveis, mas no Sidewinder seria pesado e complexo.

Como estão, fixas, elas ajudam a manter o míssil estável, mas se ele começar a girar, o giro continuará. A não ser que alguma força contrária o impeça. E aí entra o dispositivo na ponta das aletas. É um bloco de alumínio preso a uma dobradiça, ele se move independentemente da aleta. Só que não há nenhum motor ou controle. O pulo do gato está na ponta do bloco.

É uma roda de metal com chanfros para capturar com mais eficiência o fluxo de ar. Essa roda gira livremente, e quanto mais rápido o míssil viaja, mais rápido a roda girará, atingindo mais de 20 mil RPMs.

Neste vídeo um cidadão demonstra o sistema, acelerando com um compressor de ar e movendo manualmente uma aleta que sabe-se lá como ele conseguiu adquirir.

Com a conservação de momento angular gerado pelo míssil voando a Mach 2.5+, se o bicho começa a girar, ele exercerá uma força contra os estabilizadores, que por sua vez exercerão uma força igual em sentido oposto, anulando o giro.

Isso tudo sem gastar combustível, eletricidade, sem sistemas eletrônicos, nada. Usando a boa e velha física de 2º Grau. Uma idéia simples e genial que deixou todo mundo feliz, você não, Balão Chinês.