Em 2007, conversei com Rob Manning, engenheiro extraordinário do Laboratório de Propulsão a Jato, e ele me contou algo chocante. Embora tenha liderado com sucesso as equipes de entrada, descida e pouso (EDL) para três missões de rover em Marte, ele disse que a perspectiva de pousar uma missão humana no Planeta Vermelho pode ser impossível.
Mas agora, depois de quase 20 anos de trabalho e investigação – bem como de aterragens mais bem sucedidas de rovers em Marte – Manning diz que as perspectivas melhoraram enormemente.
“Fizemos um enorme progresso desde 2007”, disse-me Manning quando conversamos há algumas semanas em 2024. “É interessante como isso evoluiu, mas os desafios fundamentais que tivemos em 2007 não desapareceram, apenas se transformaram. .”
Os problemas surgem da combinação da atmosfera ultrafina de Marte – que é 100 vezes mais fina que a da Terra – e do tamanho ultragrande das naves espaciais necessárias para missões humanas, provavelmente entre 20 e 100 toneladas métricas.
“Muitas pessoas concluem imediatamente que pousar humanos em Marte deveria ser fácil”, disse Manning em 2007, “já que pousamos com sucesso na Lua e rotineiramente pousamos veículos que transportam humanos do espaço para a Terra. E como Marte fica entre a Terra e a Lua em tamanho e quantidade de atmosfera, então o meio-termo de Marte deveria ser fácil.”
Mas a atmosfera de Marte oferece desafios não encontrados na Terra ou na Lua. Uma espaçonave grande e pesada atravessando a atmosfera fina e volátil de Marte tem apenas alguns minutos para diminuir a velocidade interplanetária (por exemplo, o rover Perseverance estava viajando a 19.300 km/h). [19,500 kph] quando chegou a Marte) para menos de Mach 1 e, em seguida, faça a transição rápida para um módulo de pouso para desacelerar e poder pousar suavemente.
Em 2007, a noção predominante entre os engenheiros da EDL era que há muito pouca atmosfera para pousar como fazemos na Terra, mas na verdade há muita atmosfera em Marte para pousar veículos pesados como fazemos na Lua, usando apenas tecnologia de propulsão.
“Chamamos isso de Problema da Transição Supersônica”, disse Manning, novamente em 2007. “Exclusivo para Marte, existe uma lacuna velocidade-altitude abaixo de Mach 5. A lacuna está entre a capacidade de entrega de grandes sistemas de entrada em Marte e a capacidade de tecnologias de desaceleradores super e subsônicos para ficar abaixo da velocidade do som.”
A maior carga útil a pousar em Marte até agora é o rover Perseverance, que tem uma massa de cerca de 1 tonelada. O pouso bem-sucedido do Perseverance e de seu antecessor Curiosity exigiu uma série complicada de manobras e dispositivos, como o de Rube Goldberg, como o Sky Crane. Veículos maiores, classificados por humanos, chegarão ainda mais rápidos e pesados, tornando-os incrivelmente difíceis de desacelerar.
“Então, como você desacelera para velocidades subsônicas”, disse Manning agora em 2024 como engenheiro-chefe do JPL, “para chegar a velocidades onde tradicionalmente sabemos como acionar nossos motores para permitir o pouso? Achamos que pára-quedas maiores ou desaceleradores supersônicos como o LOFTID (teste de voo em órbita baixa de um desacelerador inflável) testado pela NASA) nos permitiriam talvez desacelerar melhor, mas ainda havia problemas com ambos os dispositivos.
“Mas havia um truque sobre o qual não sabíamos nada”, continuou Manning. “Que tal usar seu sistema de propulsão e acionar os motores para trás – propulsão retro – enquanto você voa em velocidades supersônicas para diminuir a velocidade? Em 2007, não sabíamos a resposta para isso. Nem pensávamos que fosse possível.”
Por que não? O que poderia dar errado?
“Quando você aciona os motores para trás enquanto se move através de uma atmosfera, há uma frente de choque que se forma e ele estaria se movendo”, explicou Manning, “então poderia vir e bater no veículo e torná-lo instável ou causar danos. . Você também está voando direto para a fumaça do escapamento do motor do foguete, então pode haver possibilidades extras de atrito e aquecimento no veículo.”
Tudo isto é muito difícil de modelar e praticamente não havia experiência em fazê-lo, pois em 2007, ninguém tinha utilizado tecnologia propulsiva sozinha para abrandar e depois aterrar uma nave espacial de volta à Terra. Isso ocorre principalmente porque a bela e luxuosa atmosfera do nosso planeta desacelera facilmente uma espaçonave, especialmente com um pára-quedas ou um vôo criativo, como fez o ônibus espacial.
“As pessoas estudaram um pouco e chegamos à conclusão de que seria ótimo experimentá-lo e descobrir se poderíamos acionar os motores para trás e ver o que acontece”, refletiu Manning, acrescentando que não havia nenhum financiamento extra disponível. lançar um foguete só para vê-lo cair novamente e ver o que aconteceu.
Mas então, a SpaceX começou a fazer testes na tentativa de pousar o impulsionador do primeiro estágio do Falcon 9 de volta à Terra para reutilizá-los.
“A SpaceX disse que iria tentar”, disse Manning, “e para fazer isso eles precisavam desacelerar o impulsionador na fase supersônica enquanto estava na atmosfera superior da Terra. Então, há uma parte do voo em que eles acionam seus motores para trás em velocidades supersônicas através de uma atmosfera rarefeita que é muito parecida com a de Marte.”
Como você pode imaginar, isso foi incrivelmente intrigante para os engenheiros da EDL que pensavam nas futuras missões a Marte.
Após alguns anos de tentativas, erros e falhas, em 29 de setembro de 2013, a SpaceX realizou a primeira manobra de retropropulsão supersônica (SRP) para desacelerar a reentrada do primeiro estágio de seu foguete Falcon 9. Embora tenha atingido o oceano e sido destruído, o SRP realmente funcionou para desacelerar o propulsor.
A NASA perguntou se seus engenheiros EDL poderiam observar e estudar os dados da SpaceX, e a SpaceX concordou prontamente. A partir de 2014, a NASA e a SpaceX formaram uma parceria público-privada de três anos centrada na análise de dados SRP chamada Projeto de tecnologia de descida propulsiva da NASA (PDT). Os propulsores F9 foram equipados com instrumentos especiais para coletar dados especificamente sobre partes da queima de entrada que estavam dentro da faixa de números Mach e pressões dinâmicas esperadas em Marte. Além disso, houve campanhas de imagens visuais e infravermelhas, reconstrução de voo e análise de dinâmica de fluidos – tudo isso ajudou a NASA e a SpaceX.
Para surpresa e alegria de todos, funcionou. Em 21 de dezembro de 2015, um primeiro estágio F9 retornou e pousou com sucesso na Zona de Pouso 1 no Cabo Canaveral, o primeiro pouso de foguete de classe orbital. Esta foi uma demonstração revolucionária do SRP, que aprimorou o conhecimento e testou a tecnologia de uso do SRP em Marte.
“Com base nas análises concluídas, o desafio restante do SRP é caracterizado como uma engenharia prudente de sistemas de voo, dependente da maturação de sistemas de voo específicos de Marte, e não do avanço tecnológico”, escreveu uma equipe EDL, detalhando os resultados do projeto PDT em um artigo. Em suma, o sucesso da SpaceX significou que não seria necessária nenhuma nova tecnologia sofisticada ou quebra das leis da física para pousar grandes cargas em Marte.
“Acontece que aprendemos algumas novo física”, disse Manning. Eles descobriram que a ‘bolha’ frontal de choque criada ao redor do veículo pelo acionamento dos motores de alguma forma isola a espaçonave de qualquer golpe, bem como de parte do aquecimento.
Os engenheiros da EDL acreditam agora que o SRP é a única tecnologia de entrada, descida e pouso em Marte que é intrinsecamente escalonável em uma ampla gama e tamanho de missões para perder velocidade suficiente durante o voo atmosférico para permitir pousos seguros. Ao lado da aerofrenagem, este é um dos principais meios de pouso de equipamentos pesados, habitats e até mesmo humanos em Marte.
Mesmo assim, inúmeras questões permanecem sem solução quando se trata de pousar uma missão humana em Marte. Manning mencionou que há várias incógnitas, incluindo como uma grande nave como a Starship da SpaceX seria dirigida e voaria pela atmosfera de Marte; as barbatanas podem ser usadas hipersônicamente ou o ambiente térmico do plasma as derreterá? A quantidade de detritos levantada por grandes motores em naves de tamanho humano pode ser fatal, especialmente para os motores que você gostaria de reutilizar para retornar à órbita ou à Terra, então como você protege os motores e a nave? Marte pode ventar bastante, então o que acontece se você encontrar ventos fortes ou uma tempestade de poeira durante o pouso? Que tipo de pernas de pouso funcionarão para uma grande nave na superfície rochosa de Marte? Depois, há problemas logísticos, tais como: como toda a infra-estrutura será estabelecida? Como os navios serão reabastecidos para voltar para casa?
“Tudo isso vai levar muito tempo, mais tempo do que as pessoas imaginam”, disse Manning. “Uma das desvantagens de ir a Marte é que é difícil fazer tentativa e erro, a menos que você seja muito paciente. A próxima vez que você poderá tentar novamente será 26 meses depois, devido ao tempo das janelas de lançamento entre nossos dois planetas. Caramba, que dor isso vai ser! Mas acho que aprenderemos muito sempre que tentarmos pela primeira vez.”
E pelo menos a questão da retropropulsão supersônica foi respondida.
“Estamos basicamente fazendo o que Buck Rogers nos disse para fazer na década de 1930: ligar os motores para trás enquanto você está indo muito rápido.”
Artigo de 2007: A abordagem de pouso em Marte: levando grandes cargas úteis à superfície do planeta vermelho
Fonte: InfoMoney
