Programas robóticos espaciais - Parte 1

Pessoal,

Uma coisa que sempre chamou-me a atenção foi a exploração espacial. Sempre fui fascinado com isso, desde que me entendo por gente.

Não peguei a época das missões para a Lua (programa Apollo), mas peguei acompanhei com entusiasmo as poucas informações que chegavam sobre os sucessos do programa Voyager aos planetas externos (e também as missões dos ônibus espaciais). Eu ficava encantado com as imagens de planetas tão distantes.

Esses programas robóticos eram, inicialmente, compostos por naves espaciais não tripuladas, utilizadas para a exploração à distância de outros planetas, satélites, asteroides ou cometas. Atualmente enviamos robôs mesmo (Marte e Lua). Essas sondas espaciais têm recursos que permitem estudar à distância suas características físico-químicas, tirar fotografias e por vezes também o seu meio ambiente.

As primeiras sondas para estudar outros astros foram lançadas no fim da década de 1950 pelos Estados Unidos e pela extinta URSS, logo no início da exploração espacial. Recentemente, a Agência Espacial Europeia (ESA), Japão, China, Índia e Israel também já lançaram as suas sondas.

As sondas foram evoluindo em complexidade e capacidade de análises, indo de meros fotógrafos a complexas estruturas de análise atmosférica e de solo.

As sondas são dividas em grupos, de acordo com seu objetivo:

  -Sobrevoo (flyby): sonda que passa próxima a um astro e o analisa com seus instrumentos;

  -Orbitador: sonda que entra em órbita de um astro, passando a funcionar como um satélite artificial do mesmo;

  -Impacto: sonda que é colidida com um astro, fazendo análises durante a aproximação ou colisão a ele;

  -Aterrissador (lander): sonda que pousa num astro analisando-o in loco, muitas vezes levando consigo uma sonda veicular;

  -Veicular (rover): sonda com capacidade de locomoção para analisar uma área maior de um astro;

 -Observatório: sonda com capacidade de analisar várias faixas do espectro eletromagnético, efetuando observações astronômicas, geofísicas e espectrais, sem as distorções provocadas pela atmosfera terrestre.

Todos os planetas do Sistema Solar já receberam sondas. Alguns receberam várias e alguns apenas uma, de acordo com o interesse científico do corpo e dificuldades técnicas para o envio. Além disso, planetas anões já receberam, assim como cometas e até o Sol.

Apesar da primeira sonda espacial ter sido soviética (Luna 1, janeiro de 1959), as missões da NASA lograram mais êxito e foram mais famosas. As sondas do programa Luna chegaram até a coletar material lunar e retornar a Terra, mas seu sucesso técnico foi eclipsado pelo estrondoso sucesso do programa Apollo.

As sondas americanas foram dividas em 5 grupos: programa Ranger, de 1961-1965, com objetivo de estudar a Lua; programa Mariner, de 1962-1973, que exploraram o Sistema Solar interior; Surveyor, de 1966 a 1968, também para estudar a superfície lunar; Viking, de 1975 a 1980, que explorou Marte e serviu como base para o programa seguinte, Voyager, de 1977 até hoje, que explorou os planetas externos.

As sondas atuais não serão objeto de estudo, pelo menos não neste momento. Talvez sejam discutidas em um próximo post aqui no blog.

· Programa Ranger (1961-1965)

Esse programa tinha o objetivo de obter as primeiras fotos em alta qualidade da superfície lunar. As sondas eram planejadas para tirar as fotos, enviar as imagens e serem destruídas com o impacto na Lua.

As sondas deste programa foram dividas em 3 blocos:

1. Bloco 1:

• Ranger 1 - Lançada em 23/08/1961, seu objetivo era testar os sistemas para as missões seguintes. Por problemas no lançamento com o foguete Atlas-Agena, a sonda foi destruída logo após o lançamento.

• Ranger 2 – Lançada em 18/11/1961, o objetivo era o mesmo da anterior: testar os sistemas para as missões seguintes. Também teve problemas no lançamento, sendo colocada em uma órbita muito baixa. Foi destruída 2 dias depois na reentrada na atmosfera terrestre.

Essas duas sondas serviram como base para as sondas Mariner 1 e Mariner 2.

2. Bloco 2:

As três sondas deste bloco continham câmera de TV, detector de radiação e, em uma cápsula separada, um sismógrafo (que desceria com auxílio de um foguete para pousar na superfície lunar).

• Ranger 3 – Lançada em 26/01/1962, também teve problemas no lançamento. A sonda foi colocada numa órbita lunar muito rápida e passou a mais de 36000km de distância da Lua.

• Ranger 4 – Lançada em 23/04/1962. Uma falha no computador de bordo resultou na não abertura dos painéis solares e no não funcionamnto dos sistemas de navegação. Com isso, a sonda se chocou contra a Lua sem transmitir nenhum dado. Logo após esse lançamento, foi realizado o primeiro lançamento da Mariner 1 (22/07/1962), também fracassado. Em 27/08/1962 foi lançada a Mariner 2, bem-sucedida!

• Ranger 5 – Lançada em 18/10/1962. Também falhou. Devido a um defeito não identificado, o abastecimento de energia foi transferido dos painéis solares para as baterias e não para os computadores e equipamentos. As baterias se esgotaram em 8 horas e a sonda passou a 724km da Lua.

3. Bloco 3:

Devido ao imenso fracasso até esse momento, houve intensas investigações internas na NASA e JPL que resultaram na troca das coordenações de ambas as agências, além de troca da coordenação do programa. Assim, o próximo bloco só foi lançado 1,5 anos depois.

Durante as investigações, encontraram um diodo que se comportavam inadequadamente nas condições do espaço. Essa peça foi trocada para as sondas seguintes.

A essa altura, com todas as missões fracassadas, o programa já era ironizado como um “Shoot and hope”.

• Ranger 6 – Lançada em 30/01/1964. Foi colocada em orbita de espera e, em seguida, na trajetória de injeção translunar. Aparentemente houve um curto circuito após o lançamento e nenhuma imagem foi transmitida, apesar da órbita correta.

• Ranger 7 – Lançada em 28/07/1964. Foi a primeira missão bem-sucedida do programa Ranger. Como na missão anterior, foi colocada em órbita de espera e, em seguida, na trajetória translunar. Atingiu a lua em 31/07/1964 e tirou mais de 4000 fotos. A primeira imagem do solo lunar em alta definição foi obtida nesta missão.

• Ranger 8 – Lançada em 17/02/1965, também foi bem-sucedida.

• Ranger 9 – Última missão Ranger, lançada em 21/03/1965. Aqui ficou provado que eles “pegaram o jeito” para a coisa...

O programa seguinte, com uma sobreposição, foi o Mariner.

· Programa Mariner (1962-1973)

O programa Mariner foi o primeiro programa de exploração interplanetária, desenhado para estudar os planetas interiores (Mercúrio, Vênus e Marte). Foram utilizadas 10 sondas, entretanto apenas 7 completaram suas missões.

Dentre as descobertas, a Mariner 9 descobriu o “Monte Olimpo”, um vulcão gigantesco em Marte, o maior do Sistema Solar, com cerca de 27km de altura com uma área quase do tamanho do estado do Texas (o Monte Olimpo já havia sido observado com telescópios no século XIX e era o ponto de maior brilho em Marte, mas apenas aqui foi descoberta a verdadeira natureza dessa estrutura).

As sondas Mariner 1 e 2 são derivadas do programa Ranger e eram chamadas internamente de “Mariner R”.

O programa foi pioneiro em vários aspectos hoje corriqueiros da exploração espacial. Foi o primeiro a fazer um flyby planetário, o primeiro orbitador planetário e o primeiro a utilizar manobras de assistência gravitacional. Todos os Mariner tinham design hexagonal ou octagonal. Todos os Mariners lançados após o 2 tinham 4 painéis solares (menos o 10 que iria para Mercúrio, devido a proximidade com o Sol); todos tinham câmeras de TV (exceto o 1 e 2, derivados do Ranger, e o 5 que iria estudar os campos magnéticos de Vênus). Os primeiros 5 foram lançados por foguetes Atlas-Agena e os últimos 5 lançados por foguetes Atlas-Centauro.

• Mariner 1 – Lançado em 22/07/1962 para Vênus. Devido a um desvio da rota, o veículo de lançamento foi autodestruído. A análise posterior mostrou que uma expressão matemática foi erroneamente transcrita. Transcrita à mão, parecia que havia um hífen inserido errado em uma equação do programa de correção da trajetória. O erro resultou na perda de controle do foguete. Arthur C. Clarke, escritor de “2001 – Uma Odisséia no Espaço”, escreveu anos mais tarde que esse foi “the most expensive hyphen in history”.

• Mariner 2 – Lançado em 27/08/1962 para Vênus, era uma cópia idêntica à Mariner 1, fez um flyby sobre o planeta em 14/12/1962 a 34700km de distância. A missão foi um sucesso em vários aspectos: além de medir a temperatura do planeta, mediu o campo magnético interplanetário, o vento solar, partículas vindas do sol, poeira interplanetária, partículas solares de alta energia e radiação solar. A sonda ainda permanece em órbita ao redor do Sol.

• Mariner 3 – Lançada em 05/11/1964, era idêntica à Mariner 4 e projetada e construída pelo JPL (Laboratório de Propulsão a Jato) para ir a Marte. Ao contrário das Mariner 1 e 2, baseadas na Ranger, o projeto era novo. Era maior e acomodava mais equipamentos científicos. O lançamento foi parcialmente bem-sucedido, uma vez que a sonda não conseguir se separar do lançador. Além disso, a missão provavelmente falharia, uma vez que o foguete subiu a baixa velocidade e a Mariner 3 erraria o planeta por milhões de quilômetros.

• Mariner 4 – Lançada em 28/11/1964, entre as Rangers 7 e 8, fez o flyby em Marte em 14 e 15/07/1965. As imagens enviadas cobriam cerca de 1% da superfície de Marte. A sonda continuou a transmitir até 01/10/1965. Voltou a transmitir novamente em 1967 quando registrou colisão com micrometeoritos em 15/09/1967 e mais 83 colisões em 11/12/1967, quando a posição das antenas foi alterada impedindo a comunicação com a Terra. Esses micrometeoritos possivelmente são debris do núcleo do Cometa D/1891 Q1 (D/Swift). A missão enviou fotos icônicas, como a primeira foto digital de Marte e fotos que fizeram os cientistas soltarem um “Craters! Mars is like the Moon!”. Atualmente a sonda está em trajetória heliocêntrica externa.

(Primeira foto digital de Marte)

(A melhor foto que Mariner 4 tirou)

Não se decepcione com essas fotos. TODOS os dados enviados pela sonda, incluindo as fotos, foram de incríveis 634 KB... Para comparação, uma foto mediana de um celular mediano ocupa 2MB de espaço.

• Mariner 5: Lançada em 14/06/1967, foi para Vênus. Fez o flyby sobre o planeta em 19/10/1967 e revelou que o planeta era muito mais quente e a atmosfera muito mais densa do que era imaginado. A sonda soviética Venera 4 havia pousado na véspera, em 18/10/67, e havia mandado dados incríveis sobre a atmosfera venusiana: durante entrada na atmosfera o escudo térmico chegou a 11 mil °C e em um determinado momento a desaceleração chegou a 300G! A chegada ao solo demorou 93 minutos. A 52km de altitude, quando o paraquedas foi aberto, a temperatura era de 33°C e a pressão pouco abaixo de 01 atmosfera (100kPa). Ao final de 26km de descida, a temperatura era de incríveis 262°C e a pressão de 22 atm! A sonda Venera 4 havia sido projetada para uma pressão de 25 atm e implodiu antes de chegar ao solo (a Venera 7, primeira sonda a pousar em Vênus, detectou temperatura de 475°C (suficiente para derreter chumbo!) e pressão atmosférica no solo de 90 atm!  Um pneu de carro comum, preenchido com 30psi tem cerca de 2atm, 45 vezes menos que a atmosfera de Vênus...

Para comparação, a 50km de altitude na Terra estamos na Estratosfera. Nessa altitude, enquanto em Vênus a temperatura é de 33°C, na Terra a temperatura é de 60°C negativos! A pressão atmosférica em Vênus é tão absurda que as condições que encontramos aqui, ao nível do mar, estão lá a 50km de altitude! A 50km de altitude, aqui na Terra estamos na fronteira do espaço, quase sem atmosfera.

• Mariner 6 e 7: Lançadas em 24/02/1969 (6) e 27/03/1969 (7) para Marte, fizeram o flyby em 31/07/1969 (6) e 05/08/1969 (7). Ambas visitaram os grandes vulcões do norte e o grande Canyon equatorial. Por terem feito o flyby logo após a Apollo 11, tiveram pouca cobertura da mídia. Fotografaram cerca de 20% da superfície do planeta (ante 1% da missão anterior, a Mariner 4).

• Mariner 8: Lançada em 09/05/1971 por um foguete Alpha-Centauro, a sonda planejada para entrar na órbita de Marte não conseguir sequer entrar na órbita terrestre por malfuncionamento do foguete.

• Mariner 9: Lançado em 30/05/1971, entrou na órbita marciana em 13/11/1971, sendo o primeiro satélite americano a entrar em órbita em um corpo celeste que não fosse a Terra ou a Lua. Durante sua missão, estudou uma grande tempestade de areia marciana e estudou o Valis Marinaris (maior Canyon do Sistema Solar, cujo nome é homenagem à Mariner 9). Ainda estudou Deimos e Phobos (DOOM feelings?), os dois maiores satélites naturais de Marte. Ainda está em órbita e deve entrar na atmosfera marciana em 2022.

• Mariner 10:  Lançada em 03/11/1973, foi lançada para estudar a atmosfera de Vênus (flyby em 05/02/1974) e Mercúrio (flyby em 29/03/1974, em 21/09/1974 e 16/03/1975). Foi a primeira sonda enviada a Mercúrio. Ainda está, presumidamente, em órbita do Sol.

Seriam lançadas mais duas sondas Mariner, 11 e 12. Entretanto estas sondas foram encampadas pelo programa Voyager.

O próximo post vai falar sobre os programas Surveyor,Viking e Voyager.

Última coisa: tentei usar o Word para fazer o post. NÃO RECOMENDO. PONTO FINAL!