Os telescópios no espaço têm uma enorme vantagem sobre os que estão no solo: eles podem ver o universo com mais clareza. A atmosfera da Terra, as condições climáticas e os satélites voando baixo não obscurecem sua visão. Mas os telescópios espaciais também têm uma desvantagem. Eles não podem ser reparados, pelo menos não desde que o programa do ônibus espacial da NASA terminou em 2011.
Mas os telescópios da próxima geração estão sendo planejados tendo em mente missões de manutenção robótica. E não apenas na órbita baixa da Terra, onde o Telescópio Espacial Hubble recebeu reparos e atualizações cinco vezes durante sua vida útil das tripulações do ônibus espacial. Os engenheiros de hoje estão se preparando para consertar telescópios no espaço profundo, inclusive no ponto Lagrange Sol-Terra L2.
L2 é a atual sede do Telescópio Espacial James Webb (JWST) e da missão Gaia da ESA. Nesta posição, a Terra é mantida entre o Sol e os telescópios, dando-lhes condições imaculadas para observar o universo.
“Embora nem o Gaia nem o JWST tenham sido explicitamente projetados para serem utilizáveis, os telescópios espaciais da próxima geração agora em desenvolvimento incluem a capacidade de manutenção em seus projetos básicos”, escrevem os autores de um artigo. novo artigo de uma equipe da Grainger College of Engineering, University of Illinois Urbana-Champaign.
As espaçonaves de serviço poderiam se fixar em telescópios abandonados, trazendo combustível extra, trabalhando nas rodas de reação ou até mesmo consertando espelhos danificados e outros componentes importantes.
Mas não é uma tarefa fácil.
A equipe da Universidade de Illinois, incluindo o professor Siegfried Eggl e Ruthvik Bommena, usou Gaia e JWST como cobaias para projetar uma missão de serviço viável.
“Gaia é como um cilindro giratório com um painel solar. Está encapsulado, por isso não foi danificado, mas depois de uma década lá fora, está ficando sem combustível”, disse Eggl em um comunicado. Comunicado de imprensa. “Ruthvik Bommena projetou um novo conceito para adicionar uma espécie de acessório com aparência de aranha que pode prolongar sua vida útil sem impedir a coleta de dados. Gaia será desativada em breve, portanto não há tempo suficiente para alcançá-la, mas o James Webb ainda pode ser uma possibilidade porque estará operando por mais vários anos e eles podem decidir prolongar sua missão.”
Os espelhos expostos do JWST já foram atingidos por micrometeoritos diversas vezes, afetando a qualidade das suas observações.
“Estamos tentando estar um passo à frente para que haja um plano para substituir espelhos quebrados, por exemplo. Se não o fizermos, será como comprar um carro esporte caro e depois jogá-lo fora quando ficar sem gasolina”, diz Eggl.
Uma das barreiras mais significativas às missões de manutenção de longa distância é a concepção de uma trajetória para o encontro com o alvo.
“Uma espaçonave enviada para reparar ou reabastecer um telescópio precisa frear ao alcançá-lo”, disse Bommena. “Usar os propulsores para desacelerar seria como apontar um maçarico para o telescópio. Você não quer fazer isso com uma estrutura delicada como um espelho telescópico. Como chegaremos lá sem incendiar tudo?”
Além disso, a equipe está trabalhando para otimizar a eficiência e o custo do combustível para tal missão.
Como explica a professora Robyn Wollands, outra autora do artigo, “chegar lá é possível por causa de algumas rodovias escondidas em nosso sistema solar. Temos uma trajetória ideal para o tamanho da espaçonave necessária para reparar o JWST”, disse ela.
Essas “rodovias ocultas” são caminhos geometricamente ideais que aproveitam a mecânica orbital para tornar o encontro seguro e econômico. A equipe desenvolveu uma nova maneira de calcular e avaliar esses caminhos ideais.
“Depois de criarmos um mapa de soluções iniciais, usamos a teoria de controle ideal para gerar trajetórias ideais de ponta a ponta”, disse o estudante de doutorado Alex Pascarella. “O controle ideal nos permite encontrar trajetórias que partem perto da Terra e nos encontrarmos com nosso telescópio espacial no menor tempo possível. A amostragem inicial do espaço de soluções é fundamental – problemas de controle ótimo são notoriamente difíceis de resolver, por isso precisamos de uma estimativa inicial decente para trabalhar.
“A novidade está na forma como reunimos duas abordagens distintas para o projeto de trajetória: teoria de sistemas dinâmicos e teoria de controle ótimo”, acrescentou Pascarella.
Com equipas como esta a estabelecer as bases, a vida útil dos telescópios espaciais poderá ser prolongada muito além da sua data de validade original, e isso é uma boa notícia para astrofísicos e programas espaciais em todo o mundo.
Saber mais:
Alex Pascarella, Ruthvik Bommena, Siegfried Eggl, Robyn Woollands, “Projeto de missão para manutenção de telescópios espaciais no Sol-Terra L2.” Acta Astronáutica.
“Um projeto de missão para manutenção de telescópios no espaço.” Eurek Alerta.
