Há mais de uma maneira de fazer uma viagem lunar

Uma nave espacial SpaceX passando pela Lua no conceito deste artista. Crédito da imagem: SpaceX

Quando o Chang'e 5 da China se tornou a primeira missão a devolver amostras da Lua desde 1976, ganhou as manchetes em todo o mundo e capturou a atenção de entusiastas de voos espaciais em todos os lugares. Para muitos, parte do fascínio era que ele evocava uma era passada de voos espaciais, retornando imagens que lembravam a Apollo: Paisagens lunares, rochas lunares e encontros de naves espaciais. A forma do módulo de pouso Chang'e 5 lembrava um módulo lunar Apollo. E a missão pousou em Oceanus Procellarum, o Oceano de Tempestades, assim como os astronautas da Apollo 12 Pete Conrad e Alan Bean.

Mas o Chang'e 5 foi semelhante aos pousos lunares da Apollo de uma maneira ainda mais fundamental: O método usado para chegar e sair da Lua, conhecido como rendezvous [ponto de encontro] da órbita lunar (LOR). Nesta abordagem, um conjunto de módulos viaja para a Lua, cada um para realizar um propósito específico.

Mas não precisava ser necessariamente assim: Existem muitas maneiras de chegar à Lua, e a NASA estudou várias abordagens antes de optar pelo LOR. E embora LOR tenha governado a estratégia até agora, é possível que futuras missões lunares possam parecer muito diferentes.

A NASA escolheu uma abordagem de encontro da órbita lunar para o programa Apollo, mas somente após uma análise cuidadosa das alternativas. Crédito da imagem: NASA

ENCONTRO DA ÓRBITA LUNAR

A espaçonave Chang'e 5 seguiu um manual familiar de estilo Apollo, consistindo em um módulo de serviço que fornecia energia e propulsão a um módulo lunar e um módulo para devolver amostras à Terra. Ao atingir a órbita lunar, o módulo de pouso se desprendeu, deixando o módulo de serviço e o módulo de retorno da Terra para trás. O módulo de pouso consistia em duas partes: Um módulo de descida e um módulo de subida. Após o pouso e a aquisição de amostras do solo lunar, o módulo de ascensão usou o módulo de descida como plataforma de lançamento, decolando da superfície da lua para se encontrar com os componentes pacientemente esperando o Chang'e 5 na órbita lunar.

Uma vez que as amostras lunares foram transferidas para o módulo de retorno da Terra, o estágio de ascensão se desprendeu do módulo de serviço. O módulo de serviço, ainda ligado ao módulo de retorno à Terra, então ligou seu motor para retornar à Terra onde, nos minutos finais do voo, o módulo de retorno, carregando as preciosas amostras lunares, se separou e reentrou na atmosfera, pousando na Mongólia.

O LOR é um meio altamente eficiente de ir e vir da lua: Ele só coloca na superfície da lua o hardware que realmente precisa ir até a superfície. O módulo de retorno da Terra, o módulo de serviço e todo o combustível necessário para retornar à Terra da órbita lunar não precisam realmente pousar na Lua, então eles não precisam. Isso permite que o módulo lunar seja muito mais leve e use menos combustível e um motor menor. Da mesma forma, como apenas o módulo de ascensão decola da lua, são necessários ainda menos combustível e um motor ainda menor para levar esse componente de volta à órbita lunar.

Esta imagem do módulo lunar Chang'e 5 mostra suas pernas finas, semelhantes a Apollo. Crédito da imagem: CNSA

A desvantagem das missões que utilizam LOR é que, o encontro real acima da Lua é complicado e precisa funcionar perfeitamente, caso contrário, toda a missão falhará. Chang'e 5 foi capaz de realizar esse encontro de forma autônoma usando radar de micro-ondas, enquanto as missões Apollo contavam com seus pilotos humanos para acoplar sua espaçonave manualmente. De fato, a principal função do astronauta solitário que permaneceu em órbita lunar no Módulo de Comando e Serviço durante as missões Apollo era poder resgatar os moonwalkers (astronautas que caminham na superfície da lua) de uma órbita baixa ou errática, caso encontrassem problemas após decolar da própria lua.

SUBIDA DIRETA

O LOR provou ser uma maneira eficaz de chegar e sair da superfície lunar, mas não é o único caminho a percorrer. De fato, durante a década de 1960, engenheiros da NASA e da União Soviética (que também planejavam colocar cosmonautas na Lua) analisaram uma variedade de perfis de missão diferentes. Como LOR, cada um deles tinha vantagens e desvantagens.

A subida direta é, pelo menos conceitualmente, a maneira mais simples de chegar à lua e voltar. A subida direta envolve a construção de um único foguete, decolando da Terra, voando para a lua e pousando o referido foguete na lua. Após a conclusão da fase lunar da missão, o foguete inteiro decola da lua e retorna à Terra.

Para voar uma missão de ascensão direta à Lua, a NASA considerou construir um foguete apelidado de Nova (à direita) que seria significativamente maior que o foguete Saturno V (representado aqui em uma versão inicial, no centro). Um foguete predecessor, o Saturn CI de média elevação, é mostrado à esquerda. Crédito da imagem: NASA

A subida direta foi notavelmente apresentada no filme de ficção científica de 1950 Destination Moon. De fato, antes do programa Apollo, a ascensão direta era como a maioria dos leigos concebia como um voo para a Lua realmente funcionaria.

A vantagem da subida direta é sua simplicidade, pois elimina a necessidade de quaisquer fases de encontro. A principal, e em grande parte intransponível, desvantagem da subida direta é que ela requer uma espaçonave quase descomunal para fazê-la funcionar. A NASA analisou alguns projetos diferentes de naves espaciais de ascensão direta, mas estes foram considerados muito grandes ou impraticáveis.

ENCONTRO DA ÓRBITA TERRESTRE

O encontro da órbita terrestre (EOR) foi outro método concorrente pré-Apollo concebido para chegar à Lua. A marca registrada das abordagens EOR foram vários lançamentos de diferentes componentes da espaçonave na órbita da Terra, onde a montagem em uma espaçonave maior poderia ser realizada. Essa espaçonave maior então voaria para a lua e pousaria nela, depois decolando e retornando à Terra.

O EOR tem a vantagem de permitir que a complicada fase de encontro da missão ocorra perto da Terra. Se surgissem problemas, os astronautas poderiam simplesmente reentrar na atmosfera e serem resgatados; se o encontro durante uma missão LOR falhasse, os moonwalkers pereceriam. O programa Gemini da NASA provou de forma convincente que as técnicas de encontro em órbita funcionavam e eram seguras e poderiam ser usadas para abordagens LOR.

As desvantagens do EOR incluem a exigência de que mais de um foguete seja lançado da Terra e que geralmente envie mais massa para a superfície lunar - e, portanto, é menos eficiente em termos de combustível - do que o LOR.

O CAMINHO DO FUTURO

O programa Artemis da NASA, que visa devolver humanos à superfície da Lua, centra-se no uso do foguete Space Launch System (SLS) para lançar uma cápsula da tripulação Orion para conduzir um LOR. Nesse sentido, é semelhante ao perfil de missão usado pela Apollo.

Um veículo Starship Human Landing System desce para uma base lunar na renderização deste artista. Crédito da imagem: SpaceX

No entanto, há uma reviravolta. A nave que a NASA escolheu como aterrissador lunar é uma variante em desenvolvimento da nave espacial da SpaceX que será lançada separadamente como um veículo não tripulado. E antes que a nave estelar (apelidada de Starship Human Landing System, ou Starship HLS) possa viajar para a órbita lunar para se encontrar com a tripulação em Orion, ela deve ser abastecida em uma estação de reabastecimento na órbita da Terra. O plano atual da SpaceX exige que a estação de reabastecimento seja uma variante de nave-tanque do Starship, que deve ser abastecida em órbita em qualquer lugar de 4 a 12 voos de Starship transportando combustível como carga útil.

Esta série de lançamentos é uma reminiscência dos primeiros conceitos de encontro da órbita da Terra. Embora não seja tão eficiente em termos de combustível, a estratégia permitirá que a Starship entregue mais de 100 toneladas de carga útil à superfície lunar e vice-versa, ordens de magnitude mais do que a Apollo.

Apesar de toda a sua promessa, Artemis pode nem ser a próxima missão tripulada à Lua. O programa Artemis é extremamente complexo, requer enormes verbas e conta com componentes que ainda estão em desenvolvimento e, em muitos casos, atrasados. O primeiro pouso lunar Artemis tripulado da NASA foi adiado de 2024 a 2025, e parece inevitável que ele seja empurrado para 2026 ou além.

É possível que empreendimentos espaciais privados, como SpaceX, Blue Origin e outros, possam montar missões lunares tripuladas independentes antes da NASA. Em particular, o principal veículo Starship da SpaceX está planejado para ser capaz de um voo direto de ascensão à Lua. Será interessante ver que tipo de métodos esses empreendimentos podem usar para pousar e retornar da lua.

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Referência:

ADLER, Doug. The many methods to get to the Moon. Astronomy, 25, mai. 2022. Disponível em: <https://astronomy.com/news/2022/05/the-many-methods-to-get-to-the-moon>. Acesso em: 27, mai. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.