Certamente, há duas questões misturadas aqui. 

A primeira é sobre como atravessar a atmosfera sem se queimar e a segunda sobre como atravessar os cinturões de Van Allen.

Em um cenário único no horizonte colorido da Terra, a silhueta do ônibus espacial Endeavour é apresentado nesta foto por um membro da tripulação da Expedição 22 a bordo da Estação Espacial Internacional, enquanto o ônibus espacial se aproximava para atracar em 9 de fevereiro durante a missão STS-130. Crédito: NASA

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É verdade que ao reentrar na atmosfera, vindo do espaço é um negócio delicado e existem apenas alguns caminhos seguros para fazê-lo. A atmosfera, com a mesma facilidade com que nos movemos na superfície da Terra, pode representar uma barreira significativa para objetos que se movem rapidamente. A resistência do ar é um fator importante em todos os projetos, de carros a paraquedas e ônibus espaciais. Se você já esteve ao ar livre com ventos fortes, sentiu o tipo de barreira que o vento pode produzir em seu próprio movimento e a quantidade de força necessária para se mover para resistir a ele.

Os objetos que encontram nossa atmosfera vindos do espaço estão geralmente viajando muito mais rápido do que quaisquer ventos que encontraríamos durante uma tempestade aqui na Terra (graças a Deus) e, portanto, a resistência do ar que eles atingem é significativa; a atmosfera, se atingida diretamente, é uma barreira quase tão sólida quanto encontrar uma rocha. A nave espacial que transporta a tripulação nunca mergulhará direto na atmosfera, mas a encontrará em um ângulo raso, o que permite que a nave encontre a resistência da atmosfera de forma menos abrupta.

Esta arte gerada por computador mostra o escudo térmico de Orion protegendo o módulo da tripulação quando ele entra na Atmosfera da Terra. Crédito: NASA

Então, o que essa resistência atmosférica faz? Ela desacelera a espaçonave, absorvendo parte de sua energia. Essa energia aquece a atmosfera imediatamente ao redor da nave, envolvendo a nave em um plasma superaquecido durante parte de sua descida, até que grande parte do movimento de avanço da nave tenha sido perdido. Ao se aproximar da atmosfera em um ângulo, esse processo leva mais tempo e a nave pode ser desacelerada com segurança. Se tentássemos descer direto para a atmosfera, a nave não seria capaz de desacelerar tanto, e o aumento repentino da pressão atmosférica colocaria tanto estresse na nave que ela poderia sofrer graves avarias. Se você tem humanos na nave, isso não é uma boa ideia. Se, por outro lado, você está apenas tentando tirar um satélite de órbita, pode jogá-lo na atmosfera em um ângulo mais íngreme, já que eles não precisam ser funcionais quando mergulham no Oceano Pacífico. (Normalmente é onde os colocamos.).

Então, sim, há um problema de aquecimento quando você entra novamente na atmosfera, mas a própria atmosfera não é aquecida mais do que a temperatura do ar ambiente. É apenas o ar ao redor da nave que aquece, e apenas porque há uma nave espacial passando por ela. A atmosfera superior é, na verdade, bastante fria, então não há barreira intrínseca de aquecimento para atravessar. Afinal, não temos o mesmo problema de aquecimento ao lançar uma espaçonave . Este aquecimento é simplesmente arrasto atmosférico, embora seja perigoso o suficiente. A perda de placas de calor protegendo as asas do ônibus espacial foi o que levou à perda do ônibus espacial Columbia.

As sondas Van Allen da NASA orbitam através de dois cinturões de radiação gigantes que circundam a Terra. Suas observações ajudam a melhorar as simulações de computador de eventos nos cinturões que podem afetar a tecnologia no espaço. Crédito: JHU / APL, NASA

Os cinturões de Van Allen, por outro lado, não fazem realmente parte da nossa atmosfera. Eles estão bem além dela, estendendo-se por centenas de quilômetros no espaço. Existem dois anéis em forma de donut ao redor do nosso planeta, e são uma consequência do campo magnético do nosso planeta. O ônibus espacial orbita normalmente a uma altura de 190 milhas a 330 milhas acima da superfície, e a Estação Espacial Internacional orbita a uma altura de algo entre 205 e 270 milhas acima da superfície da Terra.

O cinturão de Van Allen mais interno fica entre 400 e 6.000 milhas acima da superfície do nosso planeta. Mesmo que o cinturão mais interno esteja mais próximo possível, a ISS (e o ônibus espacial de sua época) estarão a mais de 160 quilômetros de distância dos cinturões Van Allen. Para missões próximas à Terra, os cinturões de Van Allen não são um perigo para os viajantes espaciais.

Foi, no entanto, um perigo para as missões Apollo. Os cinturões de Van Allen não são uma barreira física para as espaçonaves e, portanto, em princípio, poderíamos ter enviado a espaçonave Apollo através dos cinturões. Não teria sido uma boa ideia. Os cinturões de Van Allen são uma espécie de armadilha para partículas carregadas como prótons e elétrons. Elas são mantidas em seus lugares pelo campo magnético da Terra e, portanto, traçam a forma do próprio campo magnético. O problema com os cinturões de Van Allen não está em serem intransponíveis, mas nas partículas carregadas que contêm.

Nesta foto de 1966, um propulsor de plasma no Lewis Research Center da NASA simula os inturões de Van Allen, anéis de radiação ao redor da Terra. O centro de Cleveland, Ohio, agora é John H. Glenn Research Center. Crédito: NASA

Partículas carregadas são prejudiciais aos corpos humanos, mas a quantidade de danos causados pode variar de nenhum a letal, dependendo da energia que essas partículas depositam, da densidade dessas partículas e do tempo que você passa sendo exposto a elas.

No caso das missões Apollo, a solução foi minimizar os dois segundos fatores. Não podemos controlar a energia dessas partículas, embora possam ser grandes. A densidade dos cintos de Van Allen é bem conhecida (pelo envio de sondas através deles), e há pontos de acesso que você pode definitivamente evitar. Em particular, o cinturão mais interno é uma região bem definida, e foi possível ficar de fora durante a viagem à Lua. O segundo cinturão é muito maior e mais difícil de evitar, mas ainda existem regiões mais densas a serem evitadas. Para as viagens da Apollo, queríamos enviar os astronautas por uma região esparsa dos cinturões e tentar passar por eles rapidamente. Em qualquer caso, isso era necessário; as naves tinham que chegar à Lua em um período de tempo razoável, e quanto mais curta a viagem, menos exposição a todos os tipos de radiação os astronautas teriam.

Uma representação artística com seção em corte dos dois donuts gigantes de radiação, chamados de Cinturões de Van Allen, que circundam a Terra. Credito: NASA / GODDARD SPACE FLIGHT CENTER / SCIENTIFIC VISUALIZATION STUDIO

No final, pareceram que essas táticas funcionaram; os contadores de dose a bordo para as missões Apollo registraram doses médias de radiação na pele dos astronautas de 0,38 rad. É quase a mesma dose de radiação ao obter duas tomografias computadorizadas de sua cabeça, ou metade da dose de uma única tomografia computadorizada de tórax; não é tão ruim, embora não seja algo que você deva fazer todas as semanas.

♦ Você está certo que tanto a atmosfera quanto os cinturões de Van Allen podem ser perigosos para a exploração espacial, mas com observações cuidadosas, manobras orbitais e inventividade, navegamos além deles muitas vezes. Esperançosamente, continuaremos a fazê-lo muitas vezes mais no futuro.

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Referência:

SCUDDER, Jillian. Why Aren't The Van Allen Belts A Barrier To Spaceflight? Forbes, 16, jun. 2017. Disponível em: <https://www.forbes.com/sites/jillianscudder/2017/06/16/astroquizzical-van-allen-belts-barrier-spaceflight/?sh=4ee0b8f66f8d>. Acesso em: 08, jul. 2021.

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.