01
Gás para trás, foguete para a frente
No fundo, um motor de foguete é simples: ele joga gás quente para trás o mais rápido que consegue. Sempre que você empurra alguma coisa para um lado, ela empurra você para o outro. Dá para sentir isso ao segurar uma mangueira de bombeiro: a água sai com força para a frente, e a mangueira tenta recuar nas suas mãos. Essa força de reação se chama empuxo. O foguete carrega tudo o que joga para fora. Por isso não precisa de ar para se apoiar e funciona igualmente bem no espaço. O Raptor é o motor que a SpaceX fabrica para o foguete Starship. Ele queima metano líquido com oxigênio líquido. A chama transforma os dois em gás quente, a uma pressão enorme. Lá embaixo, o bocal em forma de sino lança esse gás para fora a mais de 3 km/s.
O que você vê aqui é o Raptor 3, a versão mais nova. Em voo, ele produz 250 toneladas de empuxo, e a SpaceX o projetou para chegar a 280. O motor em si pesa só 1.525 kg, então consegue erguer cerca de 160 vezes o próprio peso. Mede cerca de 3,1 m de altura e 1,3 m de largura. Trinta e três desses motores funcionam juntos na base do propulsor Super Heavy. Cada um consome cerca de três quartos de tonelada de propelente por segundo. O propulsor inteiro queima umas 25 toneladas por segundo.
Este modelo acompanha um dos motores centrais durante uma queima de lançamento inteira. Ela vai do comando de partida, na plataforma, até o desligamento dos motores do propulsor. Algumas coisas foram simplificadas. A SpaceX nunca mostrou o interior do Raptor 3. Por isso, a vista em corte mostra o ciclo conhecido num esquema claro, e não a tubulação real. A curva de potência também não foi divulgada. O modelo a deduz da velocidade que aparece na transmissão do lançamento. A partida segue a sequência de sempre. Segundo a SpaceX, ela leva cerca de 3 segundos ao todo. Já o tempo de cada etapa é uma estimativa do próprio modelo. O jato muda de forma como o de verdade, só que de um jeito mais simples. Arraste a linha do tempo para percorrer o lançamento e arraste o modelo para girá-lo.
A cada nova versão, o Raptor ficou mais forte e mais leve. O Raptor 1 dava 185 toneladas de empuxo e pesava 2.080 kg. O Raptor 2 subiu para 230 toneladas, e o peso caiu para 1.630 kg. O Raptor 3 foi projetado para 280 toneladas e pesa 1.525 kg. Por fora, ele também tem um visual bem mais limpo, porque perdeu o escudo térmico. As versões anteriores vinham envoltas num escudo, que protegia os tubos e os fios instalados do lado de fora. No Raptor 3, a maior parte dessa tubulação passou para dentro das próprias peças do motor, muitas delas impressas em 3D. Como não sobrou nada para proteger, o escudo pôde ser retirado.
02
Dois líquidos ultrafrios
O motor de um carro tira o oxigênio do ar. Um foguete sobe até onde quase não há ar, então precisa levar o próprio oxigênio. O Raptor queima metano e oxigênio. Em temperatura ambiente, os dois são gases, e um gás ocupa espaço demais para ser transportado. Por isso eles viajam na forma líquida, resfriados abaixo do ponto de ebulição. Para o metano, isso quer dizer 111 K, cerca de −162 °C. Para o oxigênio, são 90 K, cerca de −183 °C. E quanto mais frio o líquido, mais denso ele fica, então cabe mais dele no mesmo tanque.
O motor não queima os dois em quantidades iguais. Para cada quilo de metano, ele queima cerca de 3,6 kg de oxigênio. Assim, em peso, quase quatro quintos da mistura são oxigênio. É por isso que o lado do oxigênio ocupa mais espaço no motor. A entrada dele é mais larga, e a bomba é maior. Em potência máxima, um único motor engole cerca de 593 kg de oxigênio e uns 165 kg de metano por segundo. Mover tanto líquido tão depressa exige bombas de respeito, e elas são o assunto do próximo capítulo.
O metano faz um desvio antes de queimar. Depois da bomba, a maior parte dele percorre muitos canais finos dentro das paredes do bocal e da câmara. No caminho, o líquido frio absorve calor. É isso que impede o metal de derreter ao lado de uma chama de cerca de 3.500 K. Os engenheiros chamam esse processo de resfriamento regenerativo. Nada desse calor se perde, porque ele esquenta o metano que está a caminho do fogo. O oxigênio pega o atalho: vai direto da bomba para o seu pré-queimador. Toque num propelente para ver a rota dele pelo motor.
Alguns fabricantes de foguetes, entre eles a SpaceX, vão um passo além. Eles resfriam os dois líquidos bem abaixo do ponto de ebulição, até perto do ponto de congelamento. Isso se chama densificação: um líquido mais frio encolhe um pouco, e o mesmo tanque passa a comportar mais dele. Em geral, a densificação permite pôr cerca de um décimo a mais de propelente no tanque, sem aumentar o foguete. Só que a margem é estreita. O metano congela a cerca de 91 K, só 20 graus abaixo da temperatura em que ferve. A SpaceX não disse exatamente a que temperatura abastece o Starship.
03
Duas bombas, duas pequenas chamas
A cada segundo, o Raptor precisa injetar cerca de três quartos de tonelada de propelente numa câmara. Lá dentro, a pressão passa de 300 bar, mais de 300 vezes a pressão do ar à sua volta. Tanques capazes de fazer essa força sozinhos seriam pesados demais. Por isso, quem faz o trabalho são as bombas. Cada bomba divide o eixo com uma turbina, uma roda com pás que o gás quente faz girar. Juntas, bomba e turbina formam uma turbobomba. O Raptor tem duas: uma maior, para o oxigênio, e uma menor, para o metano.
As turbinas precisam de gás quente para girar. Esse gás vem de duas pequenas câmaras de combustão, os pré-queimadores, e cada turbobomba tem o seu. Quase todo o oxigênio passa pelo pré-queimador rico em oxigênio, onde se queima só um pouco de metano. O gás que sai dele é quente, mas continua sendo quase só oxigênio. É esse gás que faz girar a bomba de oxigênio. O pré-queimador rico em metano faz o contrário: quase todo o metano passa por ele, e nele se queima só um pouco de oxigênio. O gás que sai dali aciona a bomba de metano. Depois, os dois gases seguem para a câmara principal e ali terminam de queimar juntos. Nada é jogado fora.
Esse projeto se chama combustão estagiada de fluxo total, porque cada gota dos dois propelentes passa por uma turbina antes de queimar. Isso traz três grandes vantagens. Com tanto gás para movê-las, as turbinas podem trabalhar mais frias: ficam a algumas centenas de graus, em vez de mais de 3.000, e duram mais. As bombas podem empurrar com mais força, o que dá mais pressão e mais empuxo num motor menor. E cada eixo lida com um só propelente. Assim, não é preciso uma vedação complicada para manter o oxigênio quente longe do combustível. A cena mostra a partida em câmera lenta: primeiro as bombas ganham rotação, depois os pré-queimadores acendem e, por fim, a câmara principal. Toque num motor abaixo para comparar o ciclo dele com o do Raptor.
A parte mais difícil de acertar é o lado do oxigênio. Um gás quente formado quase só por oxigênio corrói a maioria dos metais. E a turbina de oxigênio precisa girar bem no meio dele. Para resistir a esse ambiente, a SpaceX desenvolveu ligas metálicas próprias, como uma que ela chama de SX500. A ideia do fluxo total em si não é nova. A União Soviética construiu e testou em bancada o RD-270 nos anos 1960. Os Estados Unidos testaram o Integrated Powerhead Demonstrator em meados dos anos 2000. Nenhum dos dois chegou a sair do chão. O Raptor foi o primeiro motor de fluxo total a voar, em 25 de julho de 2019. Naquele dia, um só Raptor levantou o veículo de testes Starhopper a cerca de 20 m de altura.
04
Onde queima a chama principal
Os dois gases quentes se encontram no injetor principal, uma placa no alto da câmara de combustão. Ali eles se misturam e queimam a cerca de 3.500 K, ou seja, mais de 3.200 °C. Lá dentro, a pressão passa de 300 bar. Em 2023, um Raptor 3 atingiu a marca recorde de 350 bar na bancada de testes. A câmara em si é surpreendentemente pequena. A maior parte da altura do motor vem das bombas, em cima, e do bocal, embaixo.
Abaixo da câmara, as paredes se estreitam e formam a garganta. Ela tem cerca de 22 cm de diâmetro, mais ou menos a largura de um prato raso. Todo o gás precisa se espremer por esse gargalo e, ao passar, fica mais rápido. Bem na garganta, ele atinge a velocidade do som. Depois, as paredes voltam a se abrir no bocal, e o gás continua acelerando. Quando sai do motor, ele passa de 3 km/s, cerca de dez vezes a velocidade do som no ar.
Este é o ponto mais quente de todo o motor. As paredes só resistem porque o metano frio circula rápido pelos canais dentro delas. A combustão em si é limpa, porque os dois propelentes já chegam na forma de gás. Quando gás encontra gás, não há gotas de líquido que precisem antes se partir e evaporar. Por isso os dois se misturam depressa e queimam por completo. As leituras abaixo mostram quanto entra na câmara a cada segundo e a que velocidade o escape sai.
Como acender um fogo a mais de 300 bar? Os dois pré-queimadores são acesos por pequenos ignitores de tocha, que Elon Musk comparou a velas de ignição reforçadas. Já a câmara principal não tem ignitor nenhum desde o Raptor 2. Os gases que chegam dos pré-queimadores são tão quentes e tão densos que pegam fogo assim que se encontram. Os engenheiros dizem que eles se comportam como se fossem hipergólicos, isto é, propelentes que se inflamam ao simples contato. Uma peça a menos é uma coisa a menos para dar defeito.
05
Um bocal para o ar denso e o rarefeito
O bocal é a peça em forma de sino embaixo da câmara. À medida que o gás desce por ele, o bocal vai se alargando. O gás então se expande, esfria e acelera. Ou seja, o bocal transforma pressão e calor em velocidade, e é a velocidade que gera o empuxo. Mas um bocal só tem o tamanho ideal para uma pressão de ar. Se for curto demais, o gás sai antes que toda a sua força seja aproveitada. Se for largo demais, o ar de fora força a entrada. O bocal do Raptor é feito sob medida para o nível do mar, onde o propulsor começa a subir.
Ao nível do mar, o escape do Raptor sai do bocal a cerca de 0,9 bar. O ar ao redor está a cerca de 1 bar, um pouco acima disso, e por isso comprime o jato. No jato comprimido, ondas de choque vão e voltam de um lado para o outro. Onde elas se cruzam, o gás esquenta e brilha. Esses pontos brilhantes se chamam diamantes de choque. Eles não saem do lugar, embora o gás passe correndo por eles. Acontece o mesmo com as ondinhas de um riacho rápido: a água corre, mas elas ficam paradas.
Conforme o foguete sobe, o ar fica mais rarefeito e comprime menos o jato. Ele então se abre, e os diamantes se esticam até sumir. Com a mesma potência, o motor agora empurra cerca de 5 por cento a mais: umas 14 toneladas extras. Sobe também o seu impulso específico, que vai de cerca de 330 s para uns 350 s. Esse número mede quanto empuxo o motor tira de uma dada quantidade de propelente. Aos 30 km de altitude, o ganho já está quase completo. Arraste o controle para ver o motor em qualquer altitude da subida. Aquela queda de empuxo perto do Max-Q não vem do ar: é o motor reduzindo a potência.
A nave que vai em cima do propulsor usa também outra versão, o Raptor Vacuum, ou RVac. Ele tem um bocal bem mais largo. No espaço, não há ar para comprimir o jato. Ali, um bocal maior consegue expandir mais o gás e chegar a cerca de 380 s de impulso específico. Mas o RVac não pode funcionar a toda potência ao nível do mar. O ar denso subiria para dentro do bocal e descolaria o fluxo da parede. Isso sacudiria o bocal para os lados com força suficiente para danificá-lo. Por isso o propulsor voa com bocais feitos para o nível do mar, e o RVac espera pelo espaço.
06
Trinta e três motores, um lançamento
O Super Heavy leva 33 motores Raptor, dispostos em três anéis: 3 no centro, 10 em volta deles e 20 na borda. Os 13 de dentro cuidam das manobras. Cada um deles fica pendurado num cardã, uma articulação no topo. Dois atuadores podem inclinar o motor até cerca de 15 graus. Quando um motor se inclina, o empuxo dele também se inclina, e o foguete inteiro muda de direção. Os 20 de fora são fixos e não se inclinam. O motor deste modelo é um dos três do centro.
Os motores dão a partida cerca de 3 segundos antes da decolagem. O foguete confere se todos estão funcionando direito. Só então, em T−0, as garras que o prendem à plataforma se soltam. Livre, ele ganha velocidade no ar denso das camadas mais baixas. Entre 45 e 60 segundos depois da decolagem, chega o Max-Q. É o instante em que o ar faz mais força contra o foguete. Os motores reduzem a potência por um tempo para aliviar a carga sobre a estrutura. A SpaceX não informou de quanto é essa redução. Por isso, a curva mostrada aqui é a leitura que o próprio modelo fez da transmissão.
Depois do Max-Q, os motores voltam à potência máxima. E o ar, cada vez mais rarefeito, ainda traz aquele ganho extra de empuxo. Por volta de T+2:20, o propulsor está a uns 52 km de altitude, voando a cerca de 5.800 km/h. Então os motores do propulsor se desligam. A nave no topo acende os seus seis motores enquanto os dois veículos ainda estão acoplados. Isso se chama separação a quente. Todo Raptor 3 pode ser reaceso em voo. Assim, o propulsor consegue ligar os motores de novo e voltar para casa. Toque num momento abaixo para ir até ele no gráfico.
O Raptor 3 estreou no voo 12, em 22 de maio de 2026. Até agora, o mais difícil tem sido reacender os motores no ar. Naquela missão, 20 dos 28 motores reacenderam para a queima de retorno, a que põe o propulsor no rumo de casa. Só um reacendeu para a queima de pouso. A partida no solo é acompanhada com o mesmo cuidado. Em 16 de julho de 2026, a primeira tentativa do voo 13 foi abortada automaticamente em T−0. Alguns motores não tinham chegado à rotação necessária. O foguete ficou em segurança na plataforma.