Na semana passada, de segunda-feira, 27 de fevereiro a quarta-feira, 1º de março, a NASA organizou o “Workshop de Visão Planetária da Ciência 2050” em sua sede em Washington, DC. Durante as muitas apresentações, discursos e discursos que compunham o workshop, a NASA e suas afiliadas compartilharam suas muitas propostas para o futuro da exploração do Sistema Solar.
Um tema muito popular durante o workshop foi a exploração de Titã. Além de ser o único outro corpo no Sistema Solar com uma atmosfera rica em nitrogênio e líquido visível em sua superfície, também possui um ambiente rico em química orgânica. Por esse motivo, uma equipe liderada por Michael Pauken (do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA) realizou uma apresentação detalhando as várias maneiras pelas quais ela pode ser explorada usando veículos aéreos.
A apresentação, intitulada "Ciência em várias regiões científicas de Titã usando plataformas aéreas", também foi presidida por membros da indústria aeroespacial - como AeroVironment e Global Aerospace de Monrovia, Califórnia, e Thin Red Line Aerospace de Chilliwack, BC. Juntos, eles revisaram os vários conceitos de plataforma aérea que foram propostos para o Titan desde 2004.
Enquanto o conceito de explorar Titã com drones e balões aéreos remonta às décadas de 1970 e 80, 2004 foi especialmente importante, pois foi nessa época que o pousador de Huygens realizou a primeira exploração da superfície da lua. Desde então, muitas propostas interessantes e viáveis para plataformas aéreas foram feitas. Como o Dr. Pauken disse à Space Magazine por e-mail:
“A missão Cassini-Huygens revelou muito sobre Titã que não sabíamos antes e isso também levantou muito mais questões. Isso nos ajudou a determinar que a imagem da superfície é possível abaixo de 40 km de altitude, então é emocionante saber que poderíamos tirar fotos aéreas de Titã e enviá-las de volta para casa. ”
Esses conceitos podem ser divididos em duas categorias, que são as embarcações mais leves que o ar (LTA) e as mais pesadas que o ar (HTA). E, como Pauken explicou, ambos são adequados quando se trata de explorar uma lua como Titã, que tem uma atmosfera mais densa que a da Terra - 146,7 kPa na superfície, em comparação com 101 kPa no nível do mar na Terra - mas apenas 0,14 vezes a gravidade (semelhante à Lua).
"A densidade da atmosfera de Titã é maior que a da Terra, por isso é excelente para pilotar veículos mais leves que o ar como um balão", disse ele. "A baixa gravidade de Titã é um benefício para veículos mais pesados que o ar, como helicópteros ou aviões, pois eles 'pesam' menos do que na Terra".
"Os conceitos de LTA mais leve que o ar são dinâmicos e não precisam de energia para permanecer no ar; portanto, mais energia pode ser direcionada para instrumentos e comunicações científicas. Os conceitos mais pesados que o ar precisam consumir energia para permanecer no ar que tira a ciência e as telecomunicações. Mas o HTA pode ser direcionado para alvos com mais rapidez e precisão nos veículos LTA que flutuam principalmente com os ventos. ”
Balão TSSM Montgolfiere:
Os planos de uso de um balão de Montgolfiere para explorar Titan remontam a 2008, quando a NASA e a ESA desenvolveram em conjunto o conceito Titan Saturn System Mission (TSSM). Um conceito da Flagship Mission, o TSSM consistiria em três elementos, incluindo um orbitador da NASA e dois elementos in situ projetados pela ESA - um módulo de aterrissagem para explorar os lagos de Titan e um balão de Montgolfiere para explorar sua atmosfera.
O orbitador contaria com um sistema de energia radioisotópica (RPS) e propulsão elétrica solar (SEP) para alcançar o sistema de Saturno. E a caminho de Titã, ele seria responsável por examinar a magnetosfera de Saturno, voar pelas plumas de Encélado para analisá-lo em busca de marcadores biológicos e tirar fotos das "Listras de Tigre" de Encélado na região polar sul.
Uma vez que o orbitador alcançou a inserção orbital com Saturno, ele lançaria o Montgolfiere durante seu primeiro sobrevôo no Titan. O controle de atitude para o balão seria fornecido aquecendo o gás ambiente com o calor residual RPS. A missão principal duraria um total de cerca de 4 anos, composta por uma turnê de Saturno de dois anos, uma fase de amostragem aerodinâmica de dois meses do Titan e uma fase de órbita do Titan de 20 meses.
Dos benefícios desse conceito, o mais óbvio é o fato de que um veículo Montgolfiere alimentado por RPS poderia operar na atmosfera de Titan por muitos anos e seria capaz de mudar de altitude apenas com o uso mínimo de energia. Na época, o conceito TSSM estava em concorrência com propostas de missão para as luas da Europa e Ganímedes.
Em fevereiro de 2009, o TSSM e o conceito de Europa Jupiter System Mission (EJSM) foram escolhidos para avançar no desenvolvimento, mas o EJSM recebeu a primeira prioridade. Essa missão foi renomeada como Europa Clipper e está programada para ser lançada em 2020 (e chegando à Europa em 2026).
Balão de Hélio Titan:
Pesquisas subsequentes sobre balões Montgolfiere revelaram que anos de serviço e gasto energético mínimo também poderiam ser alcançados em um design de balão muito mais compacto. Ao combinar um design envelopado com hélio, essa plataforma poderia operar nos céus de Titã por quatro vezes mais que balões aqui na Terra, graças a uma taxa de difusão muito mais lenta.
O controle de altitude também seria possível com quantidades muito modestas de energia, que poderiam ser fornecidas através de bomba ou compressão mecânica. Assim, com um RPS fornecendo energia, pode-se esperar que a plataforma dure mais que os modelos de balões comparáveis. Este balão envelope-hélio também pode ser emparelhado com um planador para criar um veículo mais leve que o ar, capaz de movimento lateral também.
Exemplos disso incluem o Titan Winged Aerobot (TWA, mostrado abaixo), que foi investigado como parte do programa de pesquisa em inovação de pequenas empresas (SBIR) da fase um da NASA em 2016. Desenvolvido pela Global Aerospace Corporation, em colaboração com Northrop Grumman, o TWA é um veículo híbrido de entrada, balão e planador manobrável com controle direcional 3D que pode satisfazer muitos objetivos científicos.
Como o conceito Mongtolfiere, ele dependeria da energia mínima fornecida por um único RPS. Seu sistema de flutuação exclusivo também permitiria descer e subir sem a necessidade de sistemas de propulsão ou superfícies de controle. Uma desvantagem é o fato de não poder pousar na superfície da lua para realizar pesquisas e decolar novamente. No entanto, o design permite o vôo em baixa altitude, o que permitiria a entrega de sondas na superfície.
Outros conceitos que foram desenvolvidos nos últimos anos incluem aeronaves mais pesadas que o ar, que se concentram no desenvolvimento de veículos de asa fixa e aeronaves rotativas.
Veículos de asa fixa:
Conceitos para aeronaves de asa fixa também foram propostos no passado para uma missão em Titã. Um exemplo notável disso é o Veículo Aéreo para Reconhecimento de Titã no Local e Aéreo (AVIATR), um veículo aéreo não tripulado (UAV) proposto por Jason Barnes e Lawrence Lemke em 2011 (da Universidade de Idaho e da Universidade Central de Michigan, respectivamente).
Baseando-se em um RPS que usaria o calor residual do Plutônio 238 em decomposição para alimentar uma pequena turbina montada na parte traseira, esta embarcação de baixa potência aproveitaria a atmosfera densa e baixa gravidade de Titã para realizar um vôo sustentado. Uma nova estratégia de “escalar e deslizar”, em que o motor seria desligado durante os períodos de deslizamento, também permitiria que a energia fosse armazenada para uso ideal durante as sessões de telecomunicações.
Isso aborda uma grande desvantagem dos veículos de asa fixa, que é a necessidade de subdividir a potência entre as necessidades de manutenção de vôo e realização de pesquisas científicas. No entanto, o AVIATR é limitado em um aspecto, pois não pode descer à superfície para realizar experimentos científicos ou coletar amostras.
Rotorcraft:
Por último, mas não menos importante, é o conceito de uma aeronave de rotor. Nesse caso, a plataforma aérea seria um quadcopter, que seria bem adequado à atmosfera de Titã, permitiria fácil subida e descida e estudos a serem conduzidos na superfície. Também aproveitaria os desenvolvimentos feitos em UAVs comerciais e drones nos últimos anos.
Esse conceito de missão consistiria em dois componentes. Por um lado, há a aeronave de rotor - conhecida como TAD (Titan Aerial Daughtercraft) - que contava com um sistema de bateria recarregável para se alimentar enquanto conduz vôos de curta duração (cerca de uma hora por vez). O segundo componente é a “Mothercraft”, que assumirá a forma de um aterrissador ou balão, ao qual o TAD retornaria entre os voos para recarregar a partir de um RPS a bordo.
Atualmente, o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA está desenvolvendo um conceito semelhante, conhecido como "Scout" do Helicóptero de Marte, para uso em Marte - que deve ser lançado a bordo da missão Mars 2020. Nesse caso, o projeto exige dois rotores coaxiais de contra-rotação, que forneceriam a melhor relação empuxo / peso na atmosfera fina de Marte.
Outro conceito de aeronave a jato está sendo adotado por Elizabeth Turtle e colegas da John Hopkins APL e da Universidade de Idaho (incluindo James Barnes). Com o apoio da NASA e membros do Goddard Space Flight Center, da Universidade Estadual da Pensilvânia e da Honeybee Robotics, eles propuseram um conceito conhecido como "Libélula".
O veículo aéreo deles contaria com quatro rotores para tirar proveito da atmosfera espessa e baixa gravidade de Titan. Seu design também permitiria obter facilmente amostras e determinar a composição da superfície em várias configurações geológicas. Essas descobertas serão apresentadas na 48ª Conferência Lunar e Planetária de Ciências - que ocorrerá de 20 a 24 de março em The Woodlands, Texas.
Embora seja provável que a exploração de Titã fique em segundo plano na exploração de Europa nas próximas décadas, prevê-se que uma missão seja montada antes do meio do século. Não são apenas os objetivos científicos os mesmos em ambos os casos - uma chance de explorar um ambiente único e buscar vida além da Terra - mas os benefícios também serão comparáveis.
Com todos os corpos potencialmente portadores de vida que exploramos, aprendemos mais sobre como a vida começou em nosso Sistema Solar. E mesmo que não encontremos nenhuma vida no processo, podemos aprender muito sobre a história e a formação do Sistema Solar. Além disso, estaremos um passo mais perto de entender o lugar da humanidade no Universo.
