Espaço

Como voltaremos de Marte?

Nós sabemos como chegar a Marte. Sabemos como aterrar em Marte. Agora vem a parte difícil: perceber como saíremos de lá.

Por Mark Strauss

2 outubro 2015

Quando os engenheiros da NASA olham para Marte, eles vêm um planeta do tamanho da planta flytrap de Vénus.

Atrai-nos a promessa da descoberta científica—mas a partir do momento em que lá aterremos, a gravidade e o clima difícil conspirarão para nos encurralar na superfície.

E isso está fora de questão. Se o The Martian detém uma lissão para a exploração espacial na vida real, é que as pessoas não irão gastar bilhões de dólares para deixar astronautas encalhados no outro mundo. A parte mais importante de qualquer plano da NASA para visitar o planeta vermelho é, discutivelmente, sair de lá.

A nave espacial que a NASA irá construir para terminar o trabalho, o Mars Ascent Vehicle (MAV), representa um formidável desafio da engenharia. Quando completamente cheia com combustível, será demasiado pesada para ser lançada da Terra e aterrar de forma segura em Marte.

Em vez disso, o veículo precisará de ser previamente montado e enviado para o planeta vermelho—anos antes dos astronautas lá chegarem—onde será o seu próprio carburante e será comprimida na fina atmosfera de Marte.

E depois disso? O MAV deverá ser construído suficientemente duro para permanecer completamente operacional, mesmo que seja atacado por tempestades massivas de poeira e castigado pela radiação UV. Quando o apertado veículo finalmente deslocar, precisará de manter os astronautas dias a fio, enquanto eles manobram para encontrar o navio em órbita, que vai finalmente levá-los para casa.

O Mars Ascent Vehicle será uma missão dentro de uma missão: uma nave espacial com tripulação a ser lançada em órbita a partir da superfície de um planeta estrangeiro.

E só há uma tentativa para o conseguir.

TRANSPORTAR TODAS AS NOSSAS COISAS

A missão para Marte será a primeira caravana da espécie humana a chegar ao espaço. Serão provavelmente necessárias cinco naves espaciais individuais para fazer chegar os astronautas e a sua carga ao planeta vermelho.

Alguma dessa carga pode ser desmontada em componentes mais pequenos e depois remontada pelos astronautas quando lá chegarem. Nem tudo gira à volta da MAV. “Não queremos estar em Marte a aparafusar mecanismos, com o fato espacial vestido, essencialmente usando luvas num ambiente empoeirado,” disse Michelle Rucker, um engenheiro de sistemas do Johnson Space Center da NASA.

Na terminologia usada pela NASA, isso faz do MAV o “maior elemento de carga indivisível” na missão, pesando à volta de 18 toneladas. Até à data, o objeto mais pesado que já foi enviado para a superfície marciana foi o rover Curiosity com uma tonelada.

Aterrando um objeto em Marte—principalmente um que pega várias toneladas —não é tão fácil como aterrá-lo na Terra, onde uma cápsula basicamente cai do céu, confiando na atmosfera para reduzir a velocidade da sua descida.n

Em Marte, onde o ar é cem vezes mais denso que o da Terra,“ existem condições atmosféricas suficientes para sentirmos a pressão, mas não a suficiente para que possamos fazer algo de útil na superfície” continua Rucker. Ou, noutros termos, isso irá queimar-nos mas não fará muito para nos abrandar.

Essa é a razão pela qual a NASA está a desenvolver tecnologia como o Hypersonic Inflatable Aerodynamic Decelerator—um escudo pesado, em forma de cone, térmico e inflável que também atuará como um sistema de travagem.

O escudo irá instalar-se logo que entre na atmosfera marciana, abrandando a aterragem de velocidades hipersónicas para velocidades meramente supersónicas. Aí, os motores do foguete permitirão uma aterragem controlada.

Aqui estão os cálculos matemáticos que o astronauta Mark Watney faria para que funcionasse: A aterragem irá arder por volta das cinco a sete toneladas de carburante. No que toca à descolagem da superfície marciana, o MAV precisará de 33 toneladas de carburante para se libertar da gravidade do planeta vermelho, empurrando-se pela atmosfera, e transportando seguramente os astronautas e a sua carga científica em órbita, onde poderão encontrar e ancorar o seu veículo de retorno à terra.

E isso é demasiado para adiantar. O carburante terá de ser fabricado em Marte.

VIDA FORA DA TERRA

Se as expedições para o planeta vermelho eventualmente forem bem sucedidas, os astronautas precisarão de viver fora da terra.

\Fabricando o combustível em Marte, a NASA pode guardar várias toneladas para além das necessárias para a carga inicial. E depois do término da primeira missão, o equipamento pode ser deixado em Marte para servir de infraestrutura nascente para expandir, não só o combustível, como a água e o ar para os exploradores futuros.

Os motores do MAV serão alimentados por metano e oxigénio líquido. Todos os ingredientes necessários para fazer com que combustíveis de carbono, hidrogénio e oxigénio possam ser encontrados no planeta vermelho, se soubermos onde procurar.Na teoria, o oxigénio pode ser extraído da superfície marciana, onde a percentagem de dióxido de carbono (CO2) é de 95 por cento e da água líquida e congelada (H2O) enterrada à superfície. O carbono e hidrogénio de sobra serão combinados para fazer metano líquido.

A perfuração em busca de água irá, no entanto, adicionar um elemento indesejado de incerteza a uma missão já por si difícil. Escavar e processar é muito mais complexo do que simplesmente levar atmosfera de Marte.“O outro problema com a produção de carburante de água debaixo do solo é que tal irá conduzir-te à terra, onde tens a certeza que há água,” acrescentou Rucker. Se precisares de cavar e aterrares em algum lugar onde encontres o que procuras, é porque estás sobre os alicerces, e aí todas as apostas serão inválidas" diz ela.

Se o hidrogénio não for extraído da água de Marte, então o plano B será enviar uma carga paga de hidrogénio para Marte como semente para criar metano. Mas, numa missão inicial, essa ideia também está fora. Embora o hidrogénio não seja pesado, requer o uso de tanques largos para o transportar e isso irá tirar-nos espaço precioso.

“Nós temos um projeto de desembarque; que tem uma espécie de plataforma no convés,” diz Tara Polsgrove, uma engenheira aeroespacial do Marshall Space Flight Center da NASA. “Neste preciso momento, o MAV está a ocupar a maior parte do espaço nessa plataforma. Não há lá espaço para um tanque de hidrogénio.”

Os engenheiros da NASA poderiam acomodar tanques de hidrogénio fazendo o MAV mais alto em vez de mais alto. Mas, aumentar a altura de uma nave espacial é um cenário que eles gostariam de evitar. Estão realmente preocupados que, se o veículo for demasiado alto, haverá um maior risco de capotar depois de aterrar.

E, segundo Rucker, um MAV mais alto poderia constituir um fardo fisicamente difícil para os astronautas. Se um ou mais deles ficarem incapacitados durante a missão, subir uma escada alta será a última coisa que quererão fazer. O acesso fácil é uma prioridade.

Assim sendo, o plano atual prevê o envio de um veículo totalmente carregado com metano líquido e equipado com uma fábrica de produtos químicos para fabricar oxigénio líquido a partir da atmosfera marciana.

O processo é suposto demorar entre um a dois anos. Quando os tanques do MAV estiverem cheios, a tripulação humana será enviada para Marte, seguros de que terão um veículo abastecido à sua espera para os levarem de volta ao espaço.

Mas os engenheiros da NASA não estarão preparados para pendurar bandeiras de qualquer “missão cumprida”“Um dos desafios é o uso de propulsores criogénicos,” mencionou Rucker. “Uma vez que tenhamos propulsores em Marte, teremos que os manter a frio durante alguns anos antes de os podermos usar, antes que entrem em ebulicão.”

“Nós temos propulsores, e neste preciso momento não temos quaisquer válvulas que tenham escoamento zero,” adiciona Polsgrove. “Temos que pensar sobre isso, e é por isso que estamos a priorizar o desenvolvimento da tecnologia das válvulas de fuga reduzida. ”

De forma mais abrangente, os engenheiros estão preocupados que o tempo não esteja do seu lado. O MAV irá requerer um ou dois anos para fabricar o seu combustível. Posteriormente, a tripulação humana gastará 200 ou 350 dias a viajar para Marte, seguidos da exploração do planeta vermelho propriamente dito, que poderá demorar até 500 dias.

Somando tudo, significa que o MAV continuará operacional e preparado para deslocar durante mais quatro anos depois da sua primeira aterragem em Marte.“Ficará ali no ambiente marciano,” disse Rucker. “Posado na poeira. Onde há radiação UV intensa. Como é que o teu mobiliário ficaria se o colocasses lá fora durante tanto tempo? E isso seria na Terra, onde há maior proteção que lá fora.”

HORA DE VESTIR

Entre as mais variadas questões que os engenheiros precisarão de considerar ao projetar o MAV, está uma bastante importante que é, “O que é que os astronautas irão vestir? ”

“Já viram certamente fotos da estação espacial,” diz Rucker. “Eles passeiam-se de calções e camisa. Quando estás num voo estável com um veículo grande, podes sair dele. Mas num veículo em ascensão, não há mais nenhum lugar para onde possas ir. Se aparecer um buraco algures, convém que tenhas um fato vestido.”

Mas que tipo de fato? Esses que os astronautas usam sempre quando vão explorar a superfície de Marte —os fatos de atividade extraveiculares—que são pesados e volumosos. Se os astronautas usassem esses a bordo do MAV, os engenheiros teriam de aumentar o volume da cabine.

E aí existiria o problema da poeira marciana que se iria agarrar aos fatos. E não convém que os astronautas voltem para casa com os fatos nesse estado, sem que hajam protocolos planetários de proteção adequados.

Rucker acredita que a melhor solução é deixar os fatos volumosos em Marte, onde numa missão futura os possam recuperar por partes. Em vez disso, os astronautas de partida deverão usar fatos que lhes permitam r“realizar atividades dentro dos veículos ” (IVA)—esses equipamentos cor de laranja ofegantes que a tripulação do shuttle usou a bordo do seu veículo espacial durante o arranque e a reentrada.

Os fatos IVA pesam menos e são ligeiramente mais flexíveis. E, restringindo a sua exposição ao ambiente marciano exterior, não ficarão cheios de poeira. Os astronautas sairão dos seus habitats diretamente para o rover através de uma porta retrátil. Quando se encontrarem no rover, vestirão os seus fatos IVA sofisticados e limpos e conduzirão até ao MAV, para onde entrarão através de um túnel pressurizado especialmente desenhado para o efeito.

A desvantagem de trazer um túnel para Marte é que se adiciona o peso de um equipamento que só será usado uma vez. Rucker, no entanto, pensa que o túnel poderá ter outras utilidades.

“Eu vejo-o como uma coisa fixe de se ter,” diz ela. “Em vez de um único grande habitat, poderemos criar vários habitats mais pequenos e usar o túnel para os juntar ….Nunca é bom adicionar um novo equipamento, mas se é um elemento que resolve muitos problemas, então o seu uso pode ser uma grande vantagem.

O LIMITE NO REGRESSO A CASA

Finalmente, está na hora de ir.

O interior do MAV será espertado para minimizar o peso. Este é um táxi espacial de ida, não um habitat. Na realidade, os engenheiros poderão nem incluir lugares,—e, caso tal aconteça, os astronautas ficarão de pé durante a viagem.

A ascensão alimentada pelo foguete durará sete minutos. Mas a viagem não terminará aí. Os astronautas precisarão de queimar mais combustível para manobrar para uma órbita que lhes permita encontrar e ancorar com o Earth Return Vehicle (ERV).

Isso significa que os astronautas poderão estar a bordo do veículo em ascensão durante 43 horas, assumindo que o ERV estará estacionado“numa órbita no solo”—uma órbita elíptica que varia entre 155 a 21,000 milhas de altitude acima da superfície marciana. Mas, nas palavras de Rucker, isto continua a ser uma questão não resolvida entre os planeadores da missão a Marte.

“Os que estão na área de propulsão do espaço querem manter esse grande e volumoso tráfego no habitat tão elevado quando possível,” continua. “Eles não querem mergulhar na gravidade de Marte também. Eles gostam é de ficar em cinco ou dez sois e fazer com que o veículo de ascensão chegue até eles.”

O problema nisso, diz Rucker, é que uma estadia mais longa na MAV irá requerer equipamentos adicionais.

“Podes ficar no teu fato do espaço, e provavelmente consegues sobreviver sem sopa quente e sem uma casa de banho durante quarenta e três horas,” ela acrescenta. “Mas começas a arrastar-te por três, cinco, sete dias, e terás que começar a acrescentar todas essas coisas e isso irá aumentar bastanteo tamanho do veículo em ascensão.

Uma vez terminada a ancoragem,—a tripulação e a carga são transferidas para a nave espacial que irá levá-las para Terra— o MAV destaca e executa uma manobra de disposição final, colocando-se numa órbita que não interfira com as missões futuras em Marte: um fim desprezível para uma pequena nave espacial que terá desempenhado um papel fundamental na história humana.

Continuar a Ler