O custo é um fator determinante importante no desenvolvimento de missões de exploração espacial. Qualquer nova tecnologia ou truque que possa reduzir o custo de uma missão a torna muito mais atraente para os planejadores de missão. Portanto, grande parte da pesquisa da NASA vai para essas tecnologias que permitem missões mais baratas. Por exemplo, alguns anos atrás, o Institute for Advanced Concepts (NIAC) da NASA apoiou um projeto de Michael VanWoerkom da ExoTerra Resource para desenvolver uma missão de pouso que pudesse suportar um retorno de amostra de Europa. Vamos examinar o que tornou essa missão diferente de outras arquiteturas de missão Europa.
A missão Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) depende de três avanços principais para um resultado significativo: uma redução de 10x no custo geral da missão. Esse custo reduzido vem principalmente de um único fato: o peso da missão caiu abaixo do limite em que ela pode ser lançada por um Atlas V em vez do SLS, como missões semelhantes exigiriam.
O custo estimado da missão para um módulo de pouso Europa lançado pelo SLS foi de cerca de US$ 5 bilhões, tornando-o proibitivamente caro para a NASA ou qualquer outra agência sem sacrifícios significativos para outras missões. A ExoTerra estima que, usando várias tecnologias de redução de peso, eles poderiam reduzir o preço da missão para US$ 500 milhões — uma quantia muito mais razoável para obter apoio de um dos programas espaciais do governo.
Crédito – Canal NASA 360 no YouTube
Três tecnologias diferentes permitiriam que esse peso e custo caíssem. A primeira seria o sistema de propulsão elétrica solar (SEP) projetado inicialmente para uso no DART. A segunda seria um sistema de micro utilização de recursos in-situ (µISRU), e a terceira seria um sistema de transmissão de energia entre o módulo de pouso e um orbitador.
Vamos primeiro olhar para a arquitetura geral da missão para entender como cada uma contribui. No NIMPH, um módulo de pouso orbital combinado usará um foguete Atlas V para entrar na órbita da Terra. Então, um sistema de propulsão elétrica solar (SEP) foi inicialmente projetado para uso no teste de redirecionamento de asteroide DART. Embora não tenha sido usado durante a missão DART, o propulsor iônico NEXT fazia parte da espaçonave que foi lançada e, apesar de sofrer com alguns desafios técnicos, poderia ter permitido que a espaçonave chegasse ao seu destino. Um sistema SEP leve e semelhante poderia levar o NIMPH ao sistema de Júpiter, mas também poderia levar a amostra de volta à Terra depois que o módulo de pouso a coletasse.
Como o módulo de pouso pode obter essa amostra de volta da lua gelada é o foco do próximo grande passo tecnológico – o sistema µISRU. A arquitetura do NIMPH exigiria o uso do gelo local como propulsor. Um módulo de pouso literalmente sublimaria o gelo sob seus pés, sugaria o vapor de água resultante, eletrolisaria para dividi-lo em oxigênio e hidrogênio e, então, liquefaria para armazená-lo para uso na obtenção de uma amostra de núcleo de gelo de 1 kg de volta à órbita.
Para fazer tudo isso, no entanto, é preciso energia, e um módulo de pouso com um gerador térmico de radioisótopos ou sistema de geração de energia similar comumente usado seria proibitivamente pesado. Então, por que não utilizar o enorme conjunto solar necessário para o sistema SEP e transmitir parte dessa energia para o módulo de pouso? Esse é o conceito por trás do sistema de transmissão de energia, estimado para produzir cerca de 2 kW de energia no sistema joviano, cerca de 1,8 kW dos quais poderiam ser transmitidos diretamente para um módulo de pouso.
Após o núcleo ter sido coletado e lançado com segurança de volta ao espaço usando um motor LOx-LH2 especialmente projetado que usa a água coletada pelo sistema µISRU, o módulo de pouso se encontra com o orbitador. O sistema SEP entra em ação novamente e entrega o módulo de pouso de volta à órbita da Terra, onde ele mais uma vez se desprende e viaja de volta à superfície da Terra dentro de um módulo de reentrada padrão.
Há algumas nuances em toda essa arquitetura de missão. Por exemplo, o sistema SEP não funcionaria em capacidade total no sistema Joviano, então um sistema de propulsão LOx/Metano muito menor é necessário para manobrar o orbitador para a posição. Além disso, o módulo de pouso provavelmente teria que deixar suas pernas embutidas no gelo Europano, já que o processo de sublimação que ele usa para coletar combustível provavelmente as embutiria no lugar.
Muito trabalho de desenvolvimento em todos esses sistemas deve ser concluído antes que qualquer missão desse tipo esteja pronta para o lançamento. E muito provavelmente, parte da necessidade de entendimento científico seria atendida pela missão Europa Clipper, programada para ser lançada no final deste ano por US$ 4,25 bilhões — não muito longe da despesa de 10x vezes que foi o ímpeto original para o design de missão mais capaz da NIMPH. E embora a NIMPH tenha recebido uma bolsa NIAC da Fase II, ela não foi selecionada para desenvolvimento posterior, até onde descobrimos. Então, a partir de agora, essa nova combinação de tecnologias de economia de massa não entregará uma amostra gelada da Europan tão cedo — mas talvez um dia o faça.
Saber mais:
Recurso ExoTerra / Michael VanWoerkom – Relatório final do coletor de propulsores Nano Icy Moons
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Imagem principal:
Representação da arquitetura da missão NIMPH.
Crédito – Michael VanWoerkom
