Para citar Jim Reuter, administrador associado da NASA, enviar missões tripuladas a Marte até 2040 é um “objetivo audacioso”. Os desafios incluem a distância envolvida, que pode levar até seis meses para ser percorrida usando métodos de propulsão convencionais. Depois, há o perigo representado pela radiação, que inclui o aumento da exposição a partículas solares, explosões e raios cósmicos galácticos (GCRs). E há também o tempo que as tripulações passarão em microgravidade durante os trânsitos, o que pode causar sérios danos à saúde, à fisiologia e à psicologia humanas.
Mas e os desafios de viver e trabalhar em Marte durante vários meses seguidos? Embora a radiação elevada e a gravidade mais baixa sejam uma preocupação, o regolito marciano também o é. Tal como o regolito lunar, a poeira em Marte aderirá aos fatos espaciais dos astronautas e causará desgaste nos seus equipamentos. No entanto, também contém partículas nocivas que devem ser removidas para evitar a contaminação dos habitats. Num estudo recente, uma equipe de engenheiros aeroespaciais testou um novo sistema eletrostático para remover o regolito marciano de trajes espaciais que poderia potencialmente remover poeira prejudicial com até 98% de eficiência.
O novo sistema foi projetado por Benjamim M. Griggs e Lucinda Berthoud, estudante de mestrado em engenharia e professor de Engenharia de Sistemas Espaciais (respectivamente) no Departamento de Engenharia Aeroespacial da Universidade de Bristol, Reino Unido. O artigo que descreve o sistema e o processo de verificação apareceu recentemente na revista Acta Astronáutica. Conforme explicam, o Sistema de Remoção Eletrostática (ERS) que eles propõem utiliza o fenômeno da dieletroforese (DEP) para remover a poeira marciana dos tecidos dos trajes espaciais.
Muito parecido com o seu homólogo lunar, espera-se que o regolito marciano seja carregado eletrostaticamente devido à exposição à radiação cósmica. Mas em Marte, há também a contribuição de redemoinhos e tempestades, que são conhecidos por gerar descargas eletrostáticas (também conhecidas como relâmpagos). Durante as missões Apollo, os astronautas relataram como o regolito lunar aderiria aos seus trajes e seria rastreado de volta aos seus Módulos Lunares. Uma vez lá dentro, ele grudaria em tudo e entraria nos olhos e nos pulmões, causando irritação e problemas respiratórios.
Dados os seus planos de devolver astronautas à Lua através do Programa Artemis, a NASA está a investigar vários métodos para evitar que o regolito entre nos módulos habitacionais – como tecnologia de revestimento para fatos espaciais e feixes de eletrões para os limpar. Embora se espere que a poeira marciana cause desgaste semelhante aos trajes espaciais, a situação é agravada porque pode conter partículas tóxicas. Como Griggs explicou ao Universe Today por e-mail:
“Além de ter um efeito abrasivo nos próprios trajes espaciais, espera-se que o regolito marciano também apresente problemas de saúde aos astronautas. Sabe-se que contém uma série de partículas nocivas que podem ser cancerígenas ou causar problemas respiratórios, e dados do Missão de desbravador mostrou a presença de partículas tóxicas como o cromo. O regolito marciano exigirá, portanto, a remoção dos trajes espaciais antes da entrada nas zonas habitacionais de Marte para evitar o contato entre os astronautas e as partículas de regolito.”
O princípio por trás do dispositivo, a dieletroforese (DEP), refere-se ao movimento de partículas neutras quando submetidas a um campo elétrico não uniforme. O Sistema de Remoção Eletrostática (ERS) proposto compreende dois componentes: um Gerador de Forma de Onda de Alta Tensão (HVWG) usado para produzir ondas quadradas de frequências e amplitudes variadas de até 1000 volts e um Dispositivo de Remoção Eletrostática (ERD) que consiste em um conjunto de eletrodos de cobre paralelos. . Quando as ondas quadradas são aplicadas através dos eletrodos do ERD, um campo elétrico grande e variável é gerado. Como Griggs resumiu:
“Portanto, quando partículas de poeira incidem na superfície do ERD, as partículas de poeira são deslocadas através de uma combinação de forças eletrostáticas e dieletroforéticas (devido ao grande campo elétrico), que atua sobre partículas carregadas e não carregadas, respectivamente, dentro da poeira. Isso atua para deslocar as partículas de poeira em uma direção perpendicular aos eletrodos, resultando na limpeza da superfície do ERD.”
Para avaliar o desempenho do sistema proposto, Griggs e o Prof. Berthoud desenvolveram um experimento para investigar diversas variáveis-chave. Isto incluiu a frequência e amplitude das ondas quadradas, o espaçamento entre os eletrodos, a inclinação da superfície do ERD, a distância entre os eletrodos e a camada de poeira e o material da superfície da qual a poeira é removida. O primeiro passo foi produzir modelos analíticos, o que era uma tarefa extremamente complexa para este sistema, e os modelos numéricos anteriores não eram particularmente úteis.
“Para este trabalho, um modelo mais simples foi derivado usando a lei de Couloumb e a lei da dieletroforese para uma previsão preliminar do efeito de parâmetros incluindo a amplitude da onda quadrada, espaçamento entre eletrodos e separação poeira-eletrodo (a distância real entre os eletrodos e as partículas de poeira que eles agem para remover) no desempenho do sistema”, disse Griggs. O próximo passo foi preparar um experimento que quantificasse o desempenho e comportamento ideais do sistema proposto e medisse seus efeitos. Como Griggs descreveu:
“Duas métricas foram desenvolvidas para quantificar e comparar o desempenho do sistema durante os testes: desempenho de limpeza (% da superfície que estava limpa não continha partículas de poeira) e taxa de limpeza (uma taxa normalizada de limpeza com base no tempo necessário para passar de 5 % a 60% do desempenho de compensação final). Uma ampla gama de parâmetros foi explorada experimentalmente, incluindo a frequência e amplitude da onda quadrada aplicada através dos eletrodos. O sistema foi então aplicado para remover a poeira da camada externa dos trajes espaciais, integrando uma camada de tecido Ortho (a camada externa dos trajes espaciais) entre o sistema e uma camada de partículas de poeira.”
A partir dos seus testes, descobriram que o sistema alcançou um desempenho de limpeza ideal de 98% quando integrado diretamente abaixo de uma camada de partículas de poeira. No entanto, isto caiu significativamente quando a camada externa foi introduzida devido ao aumento da distância entre o sistema e as partículas de poeira. Como resultado, concluem que este sistema provavelmente precisaria ser integrado diretamente na camada externa dos trajes espaciais para aumentar o desempenho, possivelmente tecido no próprio tecido. O sistema oferece um método não abrasivo para remoção de poeira, que é essencial para futuras missões a Marte.
No entanto, como resumiu Griggs, são necessários mais refinamentos antes que a tecnologia possa ser usada em missões futuras. Além disso, os benefícios potenciais vão além da saúde dos astronautas e da remoção de poeira dos trajes espaciais:
“Este conceito já foi explorado com sucesso, embora pela sua própria natureza comprometa a integridade da camada externa do traje espacial. A tecnologia, portanto, requer refinamento antes da aplicação em futuras missões a Marte. A tecnologia fornece uma alternativa adequada aos métodos mecânicos de remoção de poeira usados nas missões Apollo de curta duração (escovação e aspiração), que são inadequados para missões marcianas mais longas devido ao seu efeito abrasivo nos trajes espaciais. É, portanto, também uma tecnologia muito promissora para a remoção de poeira noutras aplicações, como a remoção de poeira de painéis solares ou dispositivos ópticos, que será essencial em futuras missões a Marte.”
Leitura adicional: Acta Astronáutica
