Missão Artemis I. Orion regressa à Terra

Este domingo é mais um dia importante para a NASA, com a cápsula espacial Orion, da missão Artemis I, a regressar à Terra depois de uma viagem até à Lua que durou 25 dias. Um regresso envolto de alguma expectativa visto que a reentrada na atmosfera terrestre é uma das fases críticas de toda a missão espacial. Um processo delicado em que a Orion vai ter de travar de cerca de 40 mil quilómetros por hora até uns lentos 30 quilómetros, quando amarar no Oceano Pacifico.

Olá, Lua. Até já, Lua

Precisamente cinquenta anos depois da última alunagem feita pelos astronautas da Apollo XVII, a NASA volta a colocar em marcha um novo programa espacial para colocar humanos na superfície lunar.

De nome Artemis, o novo programa da NASA foi buscar a experiência dos programas espaciais anteriores, quer no campo da construção e utilização de veículos espaciais, quer nos voos espaciais humanos a bordo da Estação Espacial internacional.

Para este programa espacial - Artemis I, II e III – a agência espacial norte-americana desenhou e construiu um novo e poderoso lançador/foguete (Space Launch System) para voltar a colocar na rota lunar um novo veículo de transporte humano (Orion), até à Lua.

Desenvolvida dentro do programa Constellation da NASA (2005-2010), a Orion estava prevista para ser lançada em 2016, mas, devido a contratempos contratuais e financeiros, o programa teve de ser redefinido, reprogramado e adaptado à missão Artemis 1, ainda com instrumentos de avaliação a bordo.

Este domingo é, para todos os envolvidos neste programa da NASA, um dia especial, olhado com extrema atenção, num culminar de uma missão que faz já toda a diferença para um regresso humano ao satélite natural da Terra.

Assita ao vivo e em direto, através da NASA TV, à chegada da Capsula espacial Orion. A amaragem está prevista para as 17h40 ao largo da costa de San Diego, no Pacifico e conta com a cobertura em direto da NASA no seu canal oficial. Acompanhe aqui a emissão direto.


Orion. Formato antigo, comprovado e agora com mais espaço
Pode parecer curioso à maioria dos leitores que, apesar da evolução na área da tecnologia espacial, a NASA tenha voltado a apostar na construção da Orion em formato de cápsula.


Embora se tenha provado existirem outras formas de transportar astronautas para o espaço, quer nas missões da Space-Shuttle e mais recentemente em cápsulas argonomicamente modernas(Dragon–SpaceX), a NASA volta a eleger o formato concebido nas missões Apollo utilizadas nas viagens à Lua, há 50 anos.

Um recuperar do formato pela eficácia, agora modernizada, contornando custos elevados que outro tipo de modelo poderia acarretar, como explica o professor do Instituto Superior Técnico Paulo Gil, docente na área de Científica de Mecânica Aplicada e Lançadores Espaciais.

“A aparência é o que é e cumpre a função bem. A enorme diferença além dos novos materiais é o tamanho”.

Mas apenas a forma e o regresso são iguais aos antecessores. O módulo de transporte e cápsula espacial Orion são diferentes e foram criados, explica a NASA, com base em mais de 50 anos de pesquisa e desenvolvimento de voos espaciais, no sentido de atender e satisfazer necessidades em constante evolução do programa de exploração do espaço. E, se a Lua é um destino a curto prazo, os próximos modelos da Orion estão a ser feitos também a pensar nas futuras viagens a Marte. A reentrada deste domingo é essencial para a construção dos modelos seguintes.

Um modelo para já vencedor e que o professor Paulo Gil diz ser ainda o mais eficaz: “Melhor do que isto só se tivéssemos qualquer coisa com asas”, mas os custos, esses, seriam muito elevados.
Orion. Um regresso “em brasa”
É chegado o dia do regresso da cápsula não tripulada Orion, 25 dias depois de ter saído de Cabo Canaveral, Houston, em direção à Lua. Uma viagem em que a nave espacial da NASA se portou melhor do que os engenheiros esperavam, mas é na reentrada terrestre que se fará o teste derradeiro de uma missão bandeira para a Agência Espacial Norte-Americana. E não é uma tarefa fácil.


Na conversa com a RTP, o professor Paulo Gil diz que, depois do lançamento para o espaço - referindo-se ao foguetão SLS como uma “bomba voadora” devido à sua potência -, o retorno de um objeto em trajctória balística para a Terra, ainda que controlada, tem um elevado potencial de risco associado.

A Orion “chega a 10,9 quilómetros por segundo e isso é uma velocidade imensa. Aliás seria completamente impossível travar estas sondas com foguetes. Tínhamos de levar um foguete do tamanho da SLS para travar. Não dá e não conseguiríamos (…). Portanto ter atmosfera é otimo para estas coisas. Qual é o problema, é que vamos travar e passar de 11 quilómetros por segundo - cerca de 40 mil Kms/h – para 30 metros por segundo, ou seja, zero na prática, durante um tempo limitado. E o que vai acontecer é que toda essa energia cinética vai ser dissipada na atmosfera”.

Uma dissipação que será feita por compressão e que obrigará a cápsula a travar, mas com elevados riscos associados.
Mas a compressão sobre a atmosfera não vai ser o suficiente, refere Paulo Gil. “Neste caso ainda vai ser mais interessante. Há uma manobra que se chama skip reentry, que é a entrada em derrapagem (…) uma entrada com ressalto e é a primeira vez que isto vai ser tentado”.

Será precisamente aqui em que os engenheiros da NASA estão agora concentrados, pois esta manobra nunca foi testada e só existe ainda no campo teórico.
Para que a missão Artemis I seja concluída com sucesso, a cápsula Orion tem ainda de realizar este domingo uma última e importante manobra: a reentrada e consecutiva amaragem. E a NASA não quer ver manchada uma missão que até agora tem corrido melhor do que esperavam.
Orion e os 40 minutos finais de suspense

De volta a casa, o módulo de serviço da NASA que levou até à lua e alimentou a cápsula Orion, construída pela Agência Espacial Europeia, vai ter de dizer adeus à companheira de viagem dos últimos 25 dias. Uma separação prevista para acontecer por volta do meio-dia (17h00 GMT – Lisboa), cerca de 40 minutos antes do mergulho, aponta a NASA.


Depois da separação, a Orion vai ter de realizar uma ousada e nova manobra (skip reentry) para perder velocidade, antes da abertura dos paraquedas.

“A Orion virá em chamas pela atmosfera da Terra a temperaturas duas vezes mais quentes que a lava derretida”, explica Jeremy Vander Kam, vice-gerente do sistema de proteção térmica (TPS) da Orion. “Mas tudo aponta para que este sistema funcione muito bem e um retorno bem sucedido ajudará a confirmar que o escudo térmico está pronto para proteger os astronautas que retornam à Terra”.

No pico da descida, a temperatura do escudo subirá para metade da temperatura do Sol, a cinco mil graus Fahrenheit (2.800 graus Celsius). Um verdadeiro teste de resistência à capacidade do escudo térmico da Orion para proteger a nave e futuros passageiros.
Mais de mil testes térmicos no escudo da Orion 
O escudo térmico do módulo da tripulação Apollo contava com um material chamado Avcoat para combater o calor. É um ablator, o que significa que este produto queima de forma controlada durante a reentrada, transferindo o calor para fora da nave.


Agora, na Orion, a NASA replica o mesmo método, mas com um novo sistema de ladrilhos Avcoat com apenas uma a três polegadas de espessura. Este ladrilho é usado para cobrir a superfície externa do escudo térmico, que fará a diferença entre cinco mil graus Fahrenheit na frente do escudo, e cerca de 200 graus na parte de trás.

A confiança de Vander Kam no sistema vem em parte de testes extensivos dos materiais de proteção térmica realizados em Ames, onde gases incrivelmente quentes e rápidos imitaram as condições de entrada na atmosfera, tendo a equipa TPS realizado mais de mil testes.

Após este teste de resistência térmica, a Orion fará então a nova manobra (skip reentry), aguardada com espectativa. Uma manobra que diminuirá as forças G, sentidas pelos futuros astronautas do programa Artemis.

Desta forma, em vez de a cápsula ser sujeita a uma queda contínua, acelerada e violenta, a Orion fará um salto na atmosfera reduzindo consideravelmente a velocidade que traz da sua viagem espacial.
Abertura dos paraquedas primários

A Orion é composta por vários estágios de paraquedas para desacelerar a cápsula espacial.

Depois de desacelerar o suficiente, mas ainda na fase de queda, a cerca de 7.600 metros, surge o momento do sistema de amaragem fazer disparar uma tampa frontal feita de titânio, leve e extremamente forte, que dá acesso a três pequenos pára-quedas dianteiros de quatro quilos.

Tampa essa que tem de proteger os paraquedas enquanto a Orion passa pelo pior da reentrada, mas à medida que se aproxima do solo os mesmos devem saltar com eficiência.

"Os paraquedas não são construídos para suportar as temperaturas de cinco mil graus Fahrenheit [2.600 graus Celsius] na reentrada - eles seriam muito pesados e incapazes de gerar arrasto suficiente para desacelerar a nave -, então a tampa do compartimento dianteiro os protege até apenas o momento certo. São perfeitos para voos espaciais, onde cada quilo adicional é mais caro”, refere a Lockheed Martin, que participa na construção da Orion.


Depois desse conjunto primário surgem mais dois que vão permitir que a cápsula espacial Orion reduza a velocidade de reentrada até aos 160 km/h, bem como a sua estabilização.

Feitos de material híbrido Kevlar/Nylon, os paraquedas Drogue pesam cada um cerca de 36 quilos e, quando aberto, cada paraquedas terá 30 metros de comprimento, desde o módulo ao topo ou coroa.

Após o corte dos Drogue, são acionados, a cerca de 2.900 metros de altitude, os três paraquedas do piloto (cinco kg/cada), com 80 metros de comprimento, também estes feitos de material híbrido Kevlar/Nylon.


A Orion estará a descer nesta altura a uma velocidade de 130 metros por segundo, sendo que os paraquedas do piloto puxarão a rede elétrica, que deve abrir e desacelerar o Orion para apenas 32 km/h.

Se tudo correr como planeado e todos os sistemas de travagem funcionarem, a Orion irá amarar na costa de San Diego cerca das 12h40 (17h40 em Lisboa).


À espera da viajante espacial estará a Marinha dos Estados Unidos, bem como uma equipa de recuperação do Centro Espacial Kennedy, da NASA.


A ter êxito esta nova e importante missão da NASA, o programa Artemis seguirá depois ainda com mais vitalidade a caminho de uma nova era e etapa na exploração da Lua, Marte e da exploração humana no espaço profundo.