Depois de concluir com êxito a sua missão até à Lua, a tripulação da Artemis II está prestes a regressar à Terra.
Os quatro astronautas estabeleceram um novo recorde de distância alcançada por seres humanos a partir do nosso planeta, chegando a um máximo de 406.771 km da Terra.
O regresso vai terminar com uma reentrada a alta velocidade - hipersónica e extremamente quente - na atmosfera terrestre, antes de a nave amerissar no Oceano Pacífico, ao largo da costa da Califórnia, por volta das 20h de 10 de abril (horário local).
A reentrada será o derradeiro obstáculo que a tripulação terá de enfrentar nesta missão épica de dez dias. É uma fase com muitos riscos - mas a nave foi equipada com uma série de tecnologias para os manter em segurança.
Uma reentrada a toda a velocidade
Quando alcançar a atmosfera da Terra, a cápsula Orion que transporta os astronautas da Artemis II estará a deslocar-se a mais de 11 km/s (40.000 km/h). Isto é cerca de 40 vezes mais rápido do que um avião comercial.
É possível ver uma transmissão ao vivo do regresso da tripulação aqui:
Se, em vez disso, olharmos para a energia cinética - a energia que um objeto tem devido ao movimento -, na reentrada a cápsula Orion terá quase 2.000 vezes mais energia cinética por quilograma de veículo do que um avião comercial.
Como qualquer nave que volta para casa, ela terá de desacelerar e reduzir essa energia cinética praticamente a zero, para que os paraquedas possam ser abertos e a aterragem (ou amerissagem) ocorra em segurança.
As naves espaciais diminuem a energia cinética ao executar uma reentrada controlada pela alta atmosfera, usando o arrasto aerodinâmico do ar como um “travão” para perder velocidade.
Ao contrário de um avião, que costuma ser projetado para ser aerodinâmico e minimizar o arrasto (o que reduz o consumo de combustível), uma nave em reentrada faz o oposto. Ela é concebida para ser o menos aerodinâmica possível, maximizando o arrasto e ajudando a abrandar.
Essa desaceleração durante a reentrada pode ser extremamente severa.
A aceleração e a desaceleração são normalmente expressas em forças g - ou, em resumo, “g”. Trata-se da força de aceleração ou desaceleração dividida pela aceleração padrão que sentimos devido à gravidade da Terra. Um piloto de Fórmula 1 pode sofrer mais de 5 g ao fazer uma curva, o que está perto do máximo que um ser humano consegue suportar sem desmaiar.
Cápsulas pequenas e não tripuladas, como a cápsula OSIRIS-REx da NASA, que trouxe amostras do asteroide Bennu, simplesmente entram “a direito” na atmosfera e desaceleram muito rapidamente. Essas entradas são muito curtas, em menos de um minuto. Mas, nesse cenário, as forças g podem ultrapassar 100 - aceitável para veículos robóticos, mas não para humanos.
Veículos tripulados, como a cápsula Orion da NASA, usam forças de sustentação para tornar a entrada mais prolongada. Isso reduz as forças g para níveis mais administráveis, que pessoas conseguem sobreviver, e faz com que a reentrada dure vários minutos.
Uma reentrada muito quente
A cápsula Orion vai reentrar na atmosfera a mais de 30 vezes a velocidade do som.
Uma onda de choque envolverá a nave, gerando temperaturas do ar de 10.000 °C ou mais - cerca de duas vezes a temperatura da superfície do Sol.
O calor extremo transforma o ar que atravessa a onda de choque num plasma eletricamente carregado. Isso bloqueia temporariamente os sinais de rádio, de modo que os astronautas não conseguirão comunicar durante as partes mais duras da descida.
Como garantir que a reentrada seja segura
As naves espaciais conseguem sobreviver ao ambiente brutal da reentrada graças a um desenho cuidadoso das trajetórias, de forma a minimizar o aquecimento tanto quanto possível.
Além disso, o veículo leva um sistema de proteção térmica. Na prática, funciona como uma “manta” isolante que protege a nave e a sua tripulação (ou a carga) do escoamento hipersónico severo que ocorre do lado de fora.
Esse sistema de proteção térmica é ajustado com precisão ao veículo e à missão. Materiais capazes de suportar mais calor são aplicados nas superfícies onde se espera um ambiente mais agressivo, e as espessuras também são calibradas com exatidão.
Esses materiais são projetados para incandescer (ficar em brasa) e se degradar durante a entrada - mas ainda assim resistirem. O brilho avermelhado também ajuda a irradiar calor de volta para a atmosfera, em vez de permitir que ele seja absorvido pela nave.
É esse projeto minucioso que permite à Artemis atravessar ar a 10.000 °C mantendo uma temperatura máxima na superfície do escudo térmico de apenas cerca de 3.000 °C.
A maioria das naves é protegida por materiais chamados ablativos. Em geral, eles são feitos de fibra de carbono e de um tipo de “cola” conhecida como resina fenólica.
Esses escudos térmicos ablativos absorvem energia e libertam um gás relativamente frio para o escoamento ao longo da superfície do veículo, ajudando a arrefecer o conjunto.
O material ablativo usado no escudo térmico da cápsula Orion chama-se AVCOAT. Trata-se de uma versão do material que protegeu a cápsula Apollo quando ela regressou da Lua no fim dos anos 1960 e início dos anos 1970.
Embora a missão Artemis I - um voo de teste não tripulado - tenha sido um grande sucesso, a ablação do escudo térmico durante a reentrada foi muito maior do que o previsto. Em alguns pontos, grandes pedaços de material separaram-se do escudo.
Depois de inspeções e análises longas, os engenheiros decidiram avançar, mesmo assim, com o mesmo tipo de escudo térmico na missão Artemis II.
Eles consideram que, na Artemis I, a perda de pedaços do escudo ocorreu por acumulação de pressão no interior do material durante a fase de “salto” da entrada, quando a nave saiu da atmosfera para arrefecer antes de realizar uma segunda entrada, na qual pousou.
Para a Artemis II, por sua vez, a engenharia optou por ajustar ligeiramente a trajetória: ainda será usada a sustentação, mas com um “salto” menos definido.
É impressionante ver o que a NASA e os astronautas já alcançaram nesta missão. Mas, como muitas outras pessoas, vou ficar aliviado quando os vir recebidos em segurança de volta à Terra.
Chris James, Professor Sénior, Centro de Hipersónica, Escola de Engenharia Mecânica e de Mineração, Universidade de Queensland
Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário