Os 5 segredos da Nasa para levar uma nave a Júpiter
A festa é grande pela chegada bem-sucedida da sonda Juno a Júpiter, após cinco anos de viagem. Os olhos do mundo agora se voltam para os resultados científicos que a espaçonave trará, desvendando os segredos de Júpiter e, por consequência, da formação do Sistema Solar. Mas peraí. Não nos esqueçamos do desafio que é meramente chegar até lá. Como se faz para mandar alguma coisa — qualquer coisa — até Júpiter? Conheça agora os cinco segredos da Nasa para o sucesso dessa incrível jornada.
1. VIAJAR SEM GASTAR COMBUSTÍVEL
Para ir de São Paulo a Brasília de carro, você não consegue chegar sem parar para abastecer pelo menos uma vez. Como pode uma espaçonave que, tirando os painéis solares, não é muito maior que um automóvel conseguir fazer um percurso de 2,8 bilhões de km para chegar até Júpiter sem ter um único posto de gasolina pelo caminho?
Para ir de São Paulo a Brasília de carro, você não consegue chegar sem parar para abastecer pelo menos uma vez. Como pode uma espaçonave que, tirando os painéis solares, não é muito maior que um automóvel conseguir fazer um percurso de 2,8 bilhões de km para chegar até Júpiter sem ter um único posto de gasolina pelo caminho?
A resposta é mais simples do que você imagina. Quer ver? Vamos lá. Quanto combustível um paraquedista precisa para saltar de um avião a 5 km de altitude e chegar ao chão? Zero, né? Afinal de contas, ele está caindo — a gravidade faz todo o serviço por ele. É exatamente isso o que fazem praticamente todas as missões espaciais: elas são lançadas e depois simplesmente “caem” até seus destinos. Orbitar, parafraseando Woody e Buzz Lightyear, é cair com estilo!
Como funciona? Imagine uma bola de canhão. Ela é disparada na diagonal, para cima, sobe e depois cai, atraída pela gravidade da Terra, descrevendo uma parábola em seu percurso. Legal. Se você disparar com mais força, descobrirá que o trajeto da bola será uma versão ampliada do anterior — ela subirá mais e cairá mais longe. Em suma, sua curva ficou mais aberta. Agora imagine disparar com tanta força que a curva da bola acompanhe exatamente a curvatura da Terra. A bola estará sempre caindo, mas, como a Terra não é plana, ela nunca mais voltará ao chão. Pronto, temos uma bola de canhão em órbita.
Se você usar um foguete para lançar uma sonda até Júpiter, como a Nasa fez com a Juno, a primeira etapa consiste em acelerá-la além da velocidade em que ela ficaria em órbita da Terra. Usando somente a propulsão do lançador Atlas V (um senhor foguete, com muito mais combustível que o nosso modesto Fiat Uno), a sonda foi libertada da gravidade terrestre. Mas ainda assim ela seguia em “queda”, agora atraída pela gravidade do Sol.
2. USAR UM ESTILINGUE GRAVITACIONAL
A Juno partiu em 5 de agosto de 2011, depois de um grande empurrão de seu foguete, e passou a “subir” na direção da região mais externa do Sistema Solar. E assim ela cruzou a órbita de Marte, o quarto planeta, a caminho de Júpiter. Mas a gravidade é implacável. A nossa bola de canhão espacial está sendo puxada de volta pelo Sol. Sacomé, (quase) tudo que sobe tem de descer. E a Juno subiu, subiu, subiu e depois voltou a descer. Cruzou a órbita de Marte novamente e acabou de volta às imediações da Terra, em 9 de outubro de 2013. Eita. Voltou? Deu chabu?
A Juno partiu em 5 de agosto de 2011, depois de um grande empurrão de seu foguete, e passou a “subir” na direção da região mais externa do Sistema Solar. E assim ela cruzou a órbita de Marte, o quarto planeta, a caminho de Júpiter. Mas a gravidade é implacável. A nossa bola de canhão espacial está sendo puxada de volta pelo Sol. Sacomé, (quase) tudo que sobe tem de descer. E a Juno subiu, subiu, subiu e depois voltou a descer. Cruzou a órbita de Marte novamente e acabou de volta às imediações da Terra, em 9 de outubro de 2013. Eita. Voltou? Deu chabu?
Nada disso. Lembre-se: todos os movimentos da Nasa são friamente calculados, graças ao bom e velho Newton. Usando as equações gravitacionais, os cientistas podem calcular com precisão quanto a sonda ia subir e quanto ia cair. Eles planejaram essa passagem pelas imediações da Terra. Para quê? Para usá-la como um estilingue gravitacional!
A coisa se desenrola assim: conforme a nossa sonda Juno/bola de canhão se aproxima da Terra, a gravidade do nosso planeta a atrai — ou seja, ela acelera ainda mais. Mas sua trajetória foi calculada de forma que ela passasse de raspão, sem cair de volta aqui. Um erro na conta, e game over para a Nasa. Em compensação, acertando essa e fazendo a sonda só passar de raspão, ela sai do encontro com mais velocidade e uma chance de ir mais longe em sua segunda tentativa de chegar ao Sistema Solar exterior.
Um leitor mais atento pode — e deve — pensar: “Ué, mas a aceleração da nave quando ela está se aproximando da Terra não acaba anulada pela freada posterior, depois que a sonda passa e a gravidade terrestre passa a jogar contra, puxando-a no sentido contrário?”
Bem, isso é mesmo verdade — com relação à Terra. A mesma aceleração da Juno vindo é a desaceleração da Juno indo. Mas lembre-se: nisso tudo, o nosso planeta também está em movimento, com relação ao Sol. Então, embora a nave não ganhe velocidade com relação à Terra, ela consegue aumentá-la com relação ao Sol. E sabemos que, desde o lançamento, sua trajetória sempre esteve regida pela gravidade solar. Ganhar velocidade com relação ao Sol foi a manobra que deu a ela a chance de vencer a parada.
3. TER A CAPACIDADE (MÍNIMA) DE ESTERÇARDurante essas idas e vindas pelo Sistema Solar, a Juno revela sua principal diferença com relação a uma simples bola de canhão. Embora a direção geral da sua trajetória seja ditada pela gravidade, ou seja, ela está quase o tempo todo em queda livre, a nave tem propulsores com que pode realizar pequenas alterações de curso.
Elas são pequenas mesmo. Mas, se você estiver suficientemente longe do seu alvo final, um pequeno empurrão dos propulsores pode fazer uma grande diferença em onde você estará dali a alguns anos.
A Juno fez várias manobras de ajuste de curso com seus propulsores ao longo da jornada de cinco anos até Júpiter, a maioria delas concentrada entre agosto e setembro de 2012, com o objetivo de chegar no lugar certo na hora certa.
E outra coisa importante nisso tudo é: como saber que a sua sonda está onde seus cálculos dizem que ela deveria estar? Entra outra diferença entre a bala de canhão e as sondas da Nasa — elas são equipadas com câmeras especialmente projetadas para determinar onde a nave está.
Chamadas de “star trackers”, elas basicamente identificam a posição das estrelas e dos planetas do ponto de vista da nave e, com isso, os cientistas podem dizer em que região do espaço ela trafega. Chega a ser poético que viajemos pelo espaço como os grandes navegantes do passado, que usavam a posição dos astros no céu para determinar sua própria localização em meio aos oceanos.
Além desse mecanismo “antigo” para determinar a posição da sonda, há outra técnica, mais útil para determinar se a velocidade da sonda é a esperada. Ela envolve a análise das transmissões de rádio enviadas pela espaçonave na direção da Terra. Ao medir a variação de frequência nelas, é possível dizer com que ritmo a sonda se afasta ou se aproxima de nós. Essa variação de frequência, por sua vez, é causada por um fenômeno físico bem conhecido do cotidiano, o efeito Doppler. Você com certeza já o ouviu por aí.
Manja como o tom da sirene da ambulância muda conforme ela se aproxima ou se afasta de nós, aquele “Uuuuuuóóóóó…”. Na verdade, o som que ela faz é sempre o mesmo, mas as ondas sonoras são distorcidas pelo movimento da ambulância, ora se comprimindo, ora se expandindo. Pela variação das ondas sonoras, você pode dizer se ela está indo ou vindo. E o mesmo acontece com as ondas eletromagnéticas (de rádio) transmitidas pela sonda. Ao medirem essa variação, os cientistas podem dizer a que velocidade ela está transitando. Ademais, a própria localização da transmissão no céu ajuda a determinar se a espaçonave está na direção prevista, com relação às antenas em solo.
4. PUXAR O FREIO NA HORA AGÁ
Eis que chegamos ao 4 de julho de 2016 — o dia do “vai ou racha”. A exemplo do que aconteceu em 2013, a sonda Juno ia passar de raspão por um planeta — não mais a Terra, mas Júpiter desta vez. Se fosse apenas uma bola de canhão, ela seria estilingada pelo gigante gasoso e sairia de lá ainda mais depressa, numa trajetória que a levaria para fora do Sistema Solar.
Eis que chegamos ao 4 de julho de 2016 — o dia do “vai ou racha”. A exemplo do que aconteceu em 2013, a sonda Juno ia passar de raspão por um planeta — não mais a Terra, mas Júpiter desta vez. Se fosse apenas uma bola de canhão, ela seria estilingada pelo gigante gasoso e sairia de lá ainda mais depressa, numa trajetória que a levaria para fora do Sistema Solar.
Isso significaria atingir a velocidade de escape do Sol (ou seja, se libertar de sua prisão gravitacional) e se perder para sempre nas profundezas do espaço. Nada de missão a Júpiter.
Para evitar esse fim melancólico, o truque final foi, ao chegar a Júpiter, puxar o freio com tudo. O combustível a bordo da Juno foi economizado ao máximo ao longo de toda a viagem (restrito às pequenas manobras de ajuste que mencionamos) justamente para este momento: de uma vez só, a espaçonave dispararia seu motor por 35 minutos seguidos, com o jato do foguete apontado para a direção oposta de seu movimento — em outras palavras, freando.
O objetivo era reduzir a velocidade e ser capturado pela gravidade do planeta gigante. Em vez de cair novamente em direção ao Sol, ela ajustaria sua trajetória e aceleração para passar a cair na direção de Júpiter. E foi essa a manobra crucial que foi realizada com sucesso na virada da segunda-feira para a terça.
5. PEGAR LEVE COM O COMPUTADOR
A essa altura, você já sacou que, se as coisas saíssem errado, não haveria como salvar a missão. Ela estaria perdida. Um erro de cálculo para cá, e a espaçonave mergulharia em Júpiter. Um erro para lá, e ela seria estilingada para fora do Sistema Solar. E mesmo que as contas estivessem certas, o pior de tudo ainda podia acontecer: no meio da manobra, o computador de bordo podia sofrer uma pane e os motores serem desligados inadvertidamente.
A essa altura, você já sacou que, se as coisas saíssem errado, não haveria como salvar a missão. Ela estaria perdida. Um erro de cálculo para cá, e a espaçonave mergulharia em Júpiter. Um erro para lá, e ela seria estilingada para fora do Sistema Solar. E mesmo que as contas estivessem certas, o pior de tudo ainda podia acontecer: no meio da manobra, o computador de bordo podia sofrer uma pane e os motores serem desligados inadvertidamente.
A confiança no piloto automático tinha de ser total. Afinal de contas, 48 minutos-luz separam Júpiter da Terra, de modo que não dá para enviar um comando de improviso para a sonda sem que ele chegue lá com quase uma hora de atraso. A Juno estava, para todos os efeitos, sozinha.
E o mais dramático: as proximidades de Júpiter estão cheias de radiação, com elétrons furiosos zanzando quase à velocidade da luz. Você sabe o que um elétron desses, desavisado, colidindo com um circuito eletrônico, pode fazer? Não foi por acaso que os componentes mais sensíveis da eletrônica da sonda foram instalados num invólucro de titânio — a ideia era minimizar o risco de o cérebro da Juno fritar justo durante a manobra crítica. (Eventualmente a exposição prolongada à radiação vai fazer essa fritura, e é por essa razão que a Nasa estima que a missão não deva ir além de 2018.)
OK, computador pifar, não bom. Entendemos. E aí veio o quinto segredo da Nasa para o sucesso — um que frustrou muita gente.
Quando você está trabalhando no seu computador e precisa se assegurar de que ele não trave ou lhe presenteie com aquela adorável tela azul da morte, é de bom tom não abrir oitocentos aplicativos e janelas ao mesmo tempo, certo? Quanto menos programas ele estiver rodando, melhor. Menos chance de crash. A mesma coisa vale no espaço.
Por isso, a equipe científica da Juno decidiu desligar todos os instrumentos — inclusive as câmeras — cinco dias antes da aproximação final de Júpiter. Assim a concentração dos engenheiros — e do computador de bordo — nas atividades ligadas à manobra de inserção orbital seria total, minimizando risco de falha.
Resultado: apesar de a Juno ter passado a meros 4.000 km da superfície visível de Júpiter, não temos nenhum cartão postal desse evento — ainda. A boa notícia é que a sonda desempenhou de forma admirável e se colocou na órbita planejada, que a trará de volta às proximidades de Júpiter em 53 dias — lembre-se, ela é agora uma bola de canhão subindo com relação ao planeta gigante, mas que eventualmente cairá de volta, agora totalmente dominada pela gravidade joviana. E o plano dos cientistas é registrar todo o mergulho, o que certamente deve consistir na mais espetacular sequência de imagens já feitas do maior planeta do Sistema Solar.
Guente aí mais um cadinho que vai valer a pena.
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