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Se funcionar, este será o primeiro foguete lançado de Marte - Air & Space Magazine

Daqui a uma dúzia de anos, os marcianos podem finalmente chegar à Terra. Se o fizerem, será porque os trouxemos aqui.                                                                   A NASA e a Agência Espacial Européia estão planejando uma missão audaciosa para coletar amostras de rocha e solo da superfície do planeta vermelho e transportá-las por 34 milhões de milhas de cientistas espaciais, uma oportunidade sem precedentes para estudar do que é feito Marte e pesquisar por evidências de que o planeta já abrigou vida. Como as missões anteriores revelaram sinais de lagos marcianos e deltas de rios, os cientistas acreditam que podem encontrar fósseis de organismos microscópicos que prosperaram nesses lagos e rios antes que o planeta se tornasse o deserto gelado que é hoje.      Em julho próximo, a missão de três partes para devolver amostras de Marte começará com o lançamento do rover Mars 2020. Enquanto o veículo espacial estiver explorando e coletando solo, os engenheiros da NASA continuarão desenvolvendo a tecnologia para as outras duas fases da missão - lançando um foguete que levará as amostras para a órbita marciana, onde se encontrará com um veículo de retorno em espera que transportará a preciosa carga para a terra. Para cada uma das etapas desse processo, os engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA estão enfrentando uma série de desafios assustadores.      Para começar, ninguém jamais lançou um foguete da superfície de outro planeta. Esse é um cenário muito diferente daquele que levou os astronautas da Apollo para casa da lua, a apenas 238.900 milhas de distância. Ao contrário do estágio de subida do Módulo Lunar Apollo, o planejado veículo de ascensão de Marte (MAV) terá que se libertar da gravidade de um planeta, mesmo que a tração seja apenas 38% da gravidade da superfície da Terra. E antes que o veículo de subida seja lançado em casa, ele terá que suportar uma série de punições físicas.      Primeiro, como uma carga útil a bordo de um módulo de aterrissagem em direção a Marte, o MAV será submetido a uma dura viagem de lançamento da Terra, seguida de um vôo de seis a nove meses no espaço profundo, que culminará em uma entrada ardente no atmosfera em torno de Marte, uma descida supersônica e uma aterrissagem não tão suave. Depois disso, a nave ficará na superfície por meio ano em Marte (igual a um ano inteiro na Terra), exposta a tempestades de poeira, radiação ultravioleta e temperaturas tão baixas quanto menos de 40 graus Fahrenheit.      Outra diferença crucial das missões da Apollo: não haverá humanos na espaçonave. E como pode levar alguns minutos para que uma transmissão chegue a Marte, mesmo o piloto remoto está fora de questão.      `` Não podemos usar joystick '', diz Paulo Younse, engenheiro do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. `` Não podemos nos comunicar com ele e não temos uma pessoa a bordo, então isso deve ser automático.                Os engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato instalam as rodas de estibordo do rover Mars 2020, que pesa mais de 2.300 libras. Se tudo correr conforme o planejado, um segundo rover `` buscar '' será enviado para carregar as amostras coletadas durante a missão 2020 em um veículo em ascensão em Marte.            (NASA / JPL-Caltech)       Em 18 de fevereiro de 2021, o rover Mars 2020 aterrissará na Cratera Jezero de 48 quilômetros de largura (pronuncia-se `` YEH-zuh-roh``), onde coletará amostras e as armazenará em tubos hermeticamente fechados para recuperação posterior. A NASA passou cinco anos deliberando sobre um local de pouso antes de se estabelecer em Jezero. Os cientistas acreditam que entre 4,1 e 3,5 bilhões de anos atrás, a cratera estava cheia de um lago, a 820 pés de profundidade. Talvez mais emocionantes sejam os sinais de um delta do rio. Um delta é extremamente bom em preservar bioassinaturas, evidências de vida que possam ter existido na água do lago ou na interface entre o sedimento e a água do lago, ou, possivelmente, coisas que viviam na região das cabeceiras que foram varridas por o rio e depositado no delta '', disse Ken Farley, cientista do projeto Mars 2020, ao anunciar o local de pouso em novembro passado. O veículo espacial coletará amostras de pelo menos cinco tipos diferentes de rochas, incluindo argilas e carbonatos, com alto potencial para preservar indicadores da vida antiga, seja na forma de moléculas orgânicas complexas ou fósseis de micróbios. A busca por amostras será auxiliada por um conjunto de instrumentos, incluindo o SHERLOC (Ambientes Habitáveis ​​de Varredura com Raman e Luminescence for Organics and Chemicals), que utiliza espectrômetros, um laser ultravioleta e uma câmera para detectar compostos orgânicos. Mas, dizem os cientistas, este equipamento não substituirá os instrumentos mais sofisticados da Terra, especialmente quando confrontados com a tarefa desafiadora de distinguir sinais de vida da atividade química que pode imitar processos orgânicos. `` Para realmente dar o próximo grande salto na compreensão de Marte como um sistema, queremos ter amostras aqui '', diz Charles Edwards, gerente de JPL da Diretoria de Exploração da Mars. `` Ao levar essas amostras de volta à Terra, você pode realmente liberar o poder de todos os laboratórios terrestres e responder a algumas das perguntas que queremos responder sobre a vida em Marte``, se estamos falando sobre vida extinta ou até vida existente. A NASA e a Agência Espacial Européia uniram forças para planejar as missões posteriores - ainda não agendadas - que eventualmente concluirão o retorno de amostras de Marte. Depois de Marte 2020, o próximo passo é enviar outro lander para a Cratera Jezero, carregando um `` rover fetch '' e o Veículo de Ascensão de Marte. O rover buscará os tubos que contêm as amostras de rocha e solo armazenados em Marte 2020 e os carregará no contêiner de carga útil do MAV, um cilindro de 17 libras do tamanho de uma bola de vôlei. O MAV será então elevado, provavelmente de forma autônoma, de uma posição de lançamento horizontal para uma vertical e decolará para o encontro com a terceira parte da missão: um Orbitador de Retorno da Terra. As demandas colocadas no projeto para o MAV fazem dele a parte mais arriscada da missão. Ashley Karp, líder de propulsão e vice-gerente do veículo de subida na JPL, diz que desenvolver o sistema de propulsão para o foguete é o desafio mais difícil de engenharia em que ela trabalhou durante seus sete anos nas instalações da NASA. `` Precisamos nos encaixar no sistema de entrada, descida e aterrissagem para chegar a Marte e, em seguida, poder lançar e entregar as amostras para outro sistema também '', diz Karp. `` Portanto, existem várias interfaces em jogo. '' O sistema de propulsão exigirá combustível que possa suportar as temperaturas extremas de Marte, além de atender aos requisitos de volume e peso que permitirão que o MAV se encaixe dentro de um módulo de aterrissagem em Marte: ele não pode ser mais pesado que 880 libras e mais alto que 10 pés . Nas últimas duas décadas, os engenheiros da NASA brincaram com vários projetos de propulsão por MAV e agora se concentraram em duas possibilidades: um motor de foguete híbrido de estágio único e um motor de foguete de combustível sólido de dois estágios. A principal vantagem dos foguetes de combustível sólido é que a tecnologia é bem compreendida, diz Karp. De fato, eles já foram usados ​​em missões anteriores, como Pathfinder, Spirit e Opportunity, para pousar em Marte. Os motores de combustível sólido são menos complexos que os motores que utilizam combustíveis líquidos, que requerem um sistema de alimentação, bem como um sistema de pressurização ou bombas. E como o propulsor sólido é menos corrosivo e mais estável que o combustível líquido, ele pode ser facilmente armazenado por longos períodos. Foguetes híbridos, que armazenam o oxidante como um líquido ou gás, e o combustível como um sólido, são um problema mais difícil de resolver. Os engenheiros estão mexendo nos projetos desde 1933, quando a União Soviética lançou um foguete que combinava oxigênio líquido e uma forma sólida de gasolina. Mas, diferentemente dos foguetes sólidos, nos quais o oxidante e o combustível já estão combinados em um único propulsor, é difícil alcançar com segurança um alto impulso com foguetes híbridos, porque o componente de combustível sólido não queima rapidamente o suficiente quando o oxidante líquido é pulverizado. separadamente durante o vôo. E, no entanto, apesar de ser a tecnologia menos desenvolvida, a NASA acredita que as vantagens potenciais de um foguete híbrido para uma missão em Marte são numerosas demais para serem ignoradas. Depois que um foguete de combustível sólido é aceso, ele deve permanecer aceso. Um híbrido oferece mais opções de manobras, pois pode ser acelerado, desligado e reacendido em voo. A NASA está otimista em relação a um híbrido por causa de um novo combustível com uma taxa de queima mais alta. É uma parafina chamada SP7, um sólido ceroso feito de uma mistura de hidrocarbonetos saturados. O oxidante é chamado MON25, um oxidante líquido que contém 25% de óxidos mistos de nitrogênio. O problema com um propulsor sólido convencional é que as temperaturas extremas em Marte podem causar rachaduras e, possivelmente, explodir com a ignição. Como tal, se a NASA optar por um motor de foguete de combustível sólido, o módulo de aterrissagem precisará dedicar energia crucial para manter o MAV quente. Por outro lado, o waxy SP7 usado em um motor de foguete híbrido pode permanecer estruturalmente sólido quando exposto a grandes variações de temperatura e o oxidante MON25 tem um ponto de congelamento de 67 graus Fahrenheit negativos, o que também oferece margem suficiente para a faixa de temperaturas esperada em Cratera Jezero entre o momento em que o MAV pousa em Marte e decola um ano completo da Terra depois. No final de abril, o foguete híbrido ultrapassou um limiar crucial: uma ignição bem-sucedida a menos quatro graus Fahrenheit. `` Foi a primeira demonstração de que realmente funcionou '', diz Karp. No final de julho, mais dois testes foram realizados. O primeiro testou o sistema de ignição rápida do foguete para uma segunda queima, bem como um novo bico de foguete, e o segundo testou uma formulação SP7 aprimorada.                Será um jogo de alto risco quando a Earth Return Orbiter (impressão artística) captura um contêiner de 17 libras, do tamanho de um voleibol, de solo alienígena, zunindo pelo espaço entre 185 e 250 milhas acima de Marte.            (ESA / ATG Medialab)       Qualquer que seja o design do MAV escolhido, serão necessárias tecnologias autônomas de orientação, navegação e controle para alcançar a órbita de Marte adequada, para que o Orbitador de Retorno da Terra possa encontrá-lo. Para Evan Anzalone, engenheiro de orientação e navegação do Marshall Space Flight Center, o desafio mais difícil seria estabelecer condições iniciais antes do lançamento - exatamente onde na superfície o MAV está em relação à sua órbita de destino e exatamente para onde está apontando (sua atitude). A atitude do foguete é determinada não apenas pela direção em que o cone do nariz é apontado, mas também pela taxa de rotação do planeta e pelo ambiente de gravidade local. `` Quanto melhor podemos medir essas coisas, melhor podemos descobrir qual é a nossa atitude inicial '', diz Anzalone. `` O problema pode ser resolvido e fizemos com veículos grandes. Mas quando você chega a esse tamanho menor, precisa fazer tudo isso de forma autônoma, com um longo atraso para qualquer tipo de comando e checkout�. Anzalone e seus colegas estão estudando duas abordagens para orientação, controle e navegação. Um deles é chamado de orientação `` loop aberto '', no qual o foguete é essencialmente pré-programado para fazer uma certa trajetória. `` Você apenas dá comandos aos seus atuadores e vai '', diz Anzalone. É uma maneira relativamente simples de lançar um foguete, mas traz riscos. Se, por exemplo, o módulo de aterrissagem de Marte carregando o MAV aterrissar na cratera Jezero, de modo que a atitude do foguete esteja a apenas um grau de diferença, um sistema de orientação de loop aberto seria iniciado com esse erro inicial e o MAV não alcançaria sua órbita de destino. Por outro lado, a outra opção é a orientação por `` loop fechado '', um sistema muito mais complicado. Com essa abordagem, o foguete monitora sua posição, empuxo e velocidade durante o vôo e ajusta onde está apontando o bico para ajustar sua trajetória. Uma vez que o MAV alcance sua órbita designada, ele deverá liberar a cápsula que contém as amostras. O Earth Return Orbiter, alinhado na mesma órbita, surgiria nele a uma taxa de fechamento de cerca de duas polegadas por segundo. É provável que o recipiente da amostra seja de cor clara, possivelmente com símbolos semelhantes aos códigos QR, diz Paulo Younse, engenheiro do JPL que desenvolve o sistema de captura e contenção. Esses recursos permitiriam que as câmeras a bordo do orbital encontrassem seu alvo com mais facilidade. Até uma separação de cerca de 10 metros, os controladores de vôo seriam capazes de monitorar a abordagem e possivelmente fazer correções de rumo antes do encontro. Depois disso, no entanto, tudo está a bordo [e] a espaçonave voará sozinha '', diz Jeffrey Umland, engenheiro mecânico chefe da atual missão InSight da NASA para Marte e um colaborador do sistema de captura e contenção. `` Temos essa coisa muito preciosa, e ela tem alguma inércia '', diz Younse. `` Está se movendo e está girando em uma taxa lenta, e o desafio agora é capturar essa coisa, roboticamente, em órbita e trazê-la para o nosso sistema, empacotá-la em um contêiner para que possamos selá-la e trazer de volta à Terra. Nunca fizemos nada tão complicado. Enquanto a Agência Espacial Européia está desenvolvendo o Earth Return Orbiter, os engenheiros da JPL estão projetando o sistema de captura e contenção a bordo dessa espaçonave. Na frente desse sistema, havia um cone de captura, com um conjunto de sensores que detectariam quando o contêiner estivesse totalmente dentro de um ponto em que uma tampa seria rapidamente (em dois segundos) fechada por cima do cone antes que o contêiner uma chance de atingir a parte de trás do cone e saltar de volta para o espaço. `` Pense nisso mais ou menos como uma armadilha para ratos, mas voamos para o mouse '', diz Umland. Dentro do cone, um braço mecânico afixado a um remo balançava sobre o contêiner e empurrava-o para baixo em direção à parte traseira do cone de captura e em um recipiente de contenção. Outro dispositivo, possivelmente um tipo de mecanismo do limpador, varria o recipiente para orientá-lo, de modo que os tubos de amostra sejam armazenados do lado certo em relação ao escudo térmico da espaçonave. Os planejadores da missão acreditam que as vedações herméticas nos tubos teriam a melhor chance de sobreviver se se desviassem da direção da viagem durante a reentrada e chegada à Terra, possivelmente em uma área de pouso no deserto de Utah. Não é assim que os autores de ficção científica tradicionalmente imaginavam marcianos chegando à Terra. Mas, se for bem-sucedido, poderemos finalmente obter evidências de vida em outro mundo.                       consulte Mais informação



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