A seguir, um trecho do meu novo livro, “Histórias Incríveis do Espaço: Um Olhar nos bastidores das missões que mudam nossa visão do cosmos”, que será lançado amanhã, dez. O livro é uma visão interna de várias Missões robóticas da NASA, e este trecho é a parte 1 de 3, que será publicada aqui na Space Magazine, do capítulo 2, “Percorrendo Marte com Curiosidade”. O livro está disponível para pedido na Amazon e Barnes & Noble.
Sete minutos de terror
Demora aproximadamente sete minutos para uma espaçonave de tamanho moderado - como um rover ou um robô de aterragem - para descer pela atmosfera de Marte e alcançar a superfície do planeta. Durante esses breves minutos, a espaçonave precisa desacelerar de sua velocidade escalonada de cerca de 20.000 km / h para pousar a apenas 3 km / h.
Isso requer que uma série de eventos do tipo Rube Goldberg ocorra em sequência perfeita, com coreografia e tempo precisos. E tudo precisa acontecer automaticamente via computador, sem a participação de ninguém na Terra. Não há como guiar a sonda remotamente do nosso planeta, a cerca de 250 milhões de milhas (250 milhões de quilômetros) de distância. A essa distância, o tempo de atraso do sinal de rádio da Terra a Marte leva mais de 13 minutos. Portanto, quando a descida de sete minutos termina, todos esses eventos aconteceram - ou não - e ninguém na Terra sabe qual. Sua espaçonave fica magnificamente na superfície de Marte ou fica em uma pilha acidentada.
É por isso que cientistas e engenheiros das missões em Marte o chamam de "Sete Minutos de Terror".
E com a missão do Laboratório de Ciências de Marte (MSL), lançada da Terra em novembro de 2011, o medo e a apreensão sobre o que é oficialmente chamado de 'Entrada, Descida e Desembarque' (EDL) aumentaram exponencialmente. A MSL possui um rover de 6 toneladas de 900 toneladas e seis rodas chamado Curiosity, e esse rover usaria um sistema de pouso novo e sem teste.
Até o momento, todos os pousos e veículos de Marte usaram - em ordem - uma entrada guiada por foguete, um escudo térmico para proteger e desacelerar o veículo, depois um paraquedas, seguido de propulsores para desacelerar ainda mais o veículo. A curiosidade também usaria essa sequência. No entanto, um componente final e crucial abrangeu um dos dispositivos de pouso mais complexos já executados.
Apelidado de "Sky Crane", um estágio de foguete flutuante abaixaria o rover em cabos de 20 metros de corda Vectran como um alpinista de rapel, com o rover pousando suavemente diretamente em suas rodas. Tudo isso precisava ser concluído em questão de segundos, e quando o computador de bordo percebesse o touchdown, a pirotecnia cortava as cordas, e o estágio de descida pairava diminuindo a velocidade máxima e acelerando para aterrissar longe da Curiosidade.
Para complicar ainda mais, este veículo espacial tentaria a aterrissagem fora do mundo mais precisa de todos os tempos, pousando dentro de uma cratera ao lado de uma montanha na altura do monte Rainier.
Uma parte importante da incerteza era que os engenheiros nunca poderiam testar todo o sistema de pouso juntos, em sequência. E nada poderia simular as condições atmosféricas brutais e a menor gravidade presente em Marte, exceto em Marte. Como o pouso real seria a primeira vez que o Sky Crane completo seria usado, havia perguntas: e se os cabos não se separassem? E se o estágio de descida continuasse descendo bem em cima do veículo espacial?
Se o Sky Crane não funcionasse, seria o fim de uma missão que já havia superado tanto: problemas técnicos, atrasos, excedentes de custos e a ira dos críticos que disseram que esse rover de US $ 2,5 bilhões em Marte estava gastando muito dinheiro. o resto do programa de exploração planetária da NASA.
Missões para Marte
Com seu brilho vermelho no céu noturno, Marte atraiu observadores do céu por séculos. Como o planeta mais próximo da Terra que oferece potencial para futuras missões humanas ou colonização, tem sido de grande interesse na era da exploração espacial. Até o momento, mais de 40 missões robóticas foram lançadas no Planeta Vermelho ... ou, mais precisamente, mais de 40 missões foram tentada.
Incluindo todos os esforços americanos, europeus, soviéticos / russos e japoneses, mais da metade das missões de Marte falharam, seja por causa de um desastre de lançamento, um mau funcionamento a caminho de Marte, uma tentativa fracassada de entrar em órbita ou um pouso catastrófico. Enquanto missões recentes tiveram maior sucesso do que nossas primeiras tentativas pioneiras de explorar Marte in situ (no local), cientistas e engenheiros espaciais estão apenas brincando parcialmente quando falam sobre coisas como um 'Grande Ghoul Galáctico' ou a 'Maldição de Marte' missões.
Mas houve sucessos maravilhosos também. As primeiras missões nas décadas de 1960 e 1970, como os Mariner e os Viking, nos mostraram um mundo incrivelmente bonito, embora árido e rochoso, destruindo assim qualquer esperança de 'homenzinhos verdes' como nossos vizinhos planetários. Mas as missões posteriores revelaram uma dicotomia: desolação magnífica combinada com dicas tentadoras de atividades passadas - ou talvez até atuais - da água e da atividade global.
Hoje, a superfície de Marte está fria e seca, e sua atmosfera fina como um sussurro não protege o planeta do bombardeio de radiação do sol. Mas as indicações são de que as condições em Marte nem sempre eram assim. Visíveis da órbita estão canais e intrincados sistemas de vales que parecem ter sido esculpidos pela água corrente.
Durante décadas, os cientistas planetários debateram se essas características se formaram durante breves períodos chuvosos causados por eventos cataclísmicos, como um ataque massivo de asteróide ou calamidade climática repentina, ou se se formaram ao longo de milhões de anos quando Marte pode estar continuamente quente e úmido. Muitas das evidências até agora são ambíguas; esses recursos poderiam ter se formado de qualquer maneira. Mas bilhões de anos atrás, se houvesse rios e oceanos, assim como na Terra, a vida poderia ter acontecido.
The Rovers
O veículo espacial Curiosity é a quarta nave espacial móvel que a NASA enviou à superfície de Marte. O primeiro foi um veículo espacial de 10,6 kg chamado Sojourner, que pousou em uma planície marciana coberta de rochas em 4 de julho de 1997. Do tamanho de um forno de microondas, o Sojourner de 65 cm de comprimento nunca atravessou a mais de 15 metros de distância da estação de aterrissagem e base. O veículo espacial e o lander juntos constituíam a missão Pathfinder, que deveria durar cerca de uma semana. Em vez disso, durou quase três meses e a dupla retornou 2,6 gigabits de dados, capturando mais de 16.500 imagens do veículo terrestre e 550 imagens do veículo espacial, além de fazer medições químicas de rochas e solo e estudar a atmosfera e o clima de Marte. Ele identificou traços de um passado mais quente e úmido para Marte.
A missão ocorreu quando a Internet estava apenas ganhando popularidade, e a NASA decidiu publicar fotos do veículo móvel assim que elas foram transportadas para a Terra. Esse acabou sendo um dos maiores eventos da história da Internet jovem, com o site da NASA (e sites espelho configurados para alta demanda) recebendo mais de 430 milhões de acessos nos primeiros 20 dias após o pouso.
O Pathfinder também utilizou um sistema incomum de pouso. Em vez de usar propulsores para pousar na superfície, os engenheiros inventaram um sistema de airbags gigantes para cercar e proteger a espaçonave. Depois de usar o sistema convencional de entrada guiada por foguete, escudo térmico, pára-quedas e propulsores, os airbags inflaram e o lander coberto por casulos caiu de 30 metros acima do solo. Saltando várias vezes nos tempos de superfície de Marte como uma bola de praia gigante, o Pathfinder finalmente parou, os airbags se esvaziaram e o lander se abriu para permitir que o rover emergisse.
Embora isso possa parecer uma estratégia de pouso maluca, funcionou tão bem que a NASA decidiu usar versões maiores dos airbags para a próxima missão do rover: dois rovers idênticos chamados Spirit e Opportunity. Os Mars Exploration Rovers (MER) têm aproximadamente o tamanho de um cortador de grama, com 1,6 metros de comprimento e pesando 185 kg. A Spirit aterrou com sucesso perto do equador de Marte em 4 de janeiro de 2004 e, três semanas depois, o Opportunity caiu do outro lado do planeta. O objetivo do MER era encontrar evidências de água passada em Marte, e os dois rovers atingiram o jackpot. Entre muitas descobertas, o Opportunity encontrou afloramentos rochosos antigos formados em água corrente e o Spirit encontrou rochas de sílica incomuns em forma de couve-flor que os cientistas ainda estudam, mas podem fornecer pistas para a potencial vida marciana antiga.
Incrivelmente, no momento em que escrevemos (2016), o rover Opportunity ainda está operando, dirigindo mais de uma maratona (42 km) e continua a explorar Marte em uma grande cratera chamada Endeavour. A Spirit, no entanto, sucumbiu à perda de energia durante o frio inverno marciano em 2010, depois de ficar presa em uma armadilha de areia. Os dois rovers sobreviveram muito à vida útil projetada de 90 dias.
De alguma forma, os rovers desenvolveram uma "personalidade" distinta - ou, talvez, uma maneira melhor de expressar isso seja que as pessoas atribuído personalidades para os robôs. O espírito era uma criança problemática e rainha do drama, mas tinha que lutar por todas as descobertas; Opportunity, uma irmã mais nova privilegiada e uma estrela, como novas descobertas pareciam fáceis para ela. O Spirit e o Opportunity não foram projetados para serem adoráveis, mas os charmosos rovers capturaram a imaginação de crianças e veteranos do espaço. O gerente de projetos da MER, John Callas, chamou os rovers gêmeos de “as coisas mais fofas do sistema solar”. Como os rovers de longa duração superaram os perigos e perigos, eles enviavam cartões postais de Marte todos os dias. E os terráqueos os amavam por isso.
Curiosidade
Enquanto faz parte da nossa lista de tarefas a fazer, ainda não descobrimos como enviar humanos para Marte. Precisamos de foguetes e naves espaciais maiores e mais avançados, melhor tecnologia para coisas como suporte à vida e cultivo de nossos próprios alimentos, e realmente não temos a capacidade de pousar as cargas úteis muito grandes necessárias para criar um assentamento humano em Marte.
Entretanto, enquanto tentamos descobrir tudo isso, enviamos o equivalente robótico de um geólogo humano ao Planeta Vermelho. O veículo espacial Curiosity do tamanho de um carro está equipado com uma série de dezessete câmeras, uma furadeira, uma concha, uma lente de mão e até um laser. Essas ferramentas lembram os equipamentos que os geólogos usam para estudar rochas e minerais na Terra. Além disso, este veículo espacial imita a atividade humana escalando montanhas, comendo (falando figurativamente), flexionando o braço (robótico) e tirando selfies.
Esse geólogo robótico itinerante também é um laboratório de química móvel. Um total de dez instrumentos no veículo espacial ajuda a procurar carbono orgânico que possa indicar a matéria-prima necessária para a vida e "cheirar" o ar marciano, tentando cheirar se gases como metano - que podem ser um sinal de vida - estão presentes. O braço robótico da Curiosity carrega um canivete suíço de aparelhos militares: uma câmera com lente de aumento, um espectrômetro para medir elementos químicos e uma broca para perfurar rochas e fornecer amostras para os laboratórios chamados SAM (Sample Analysis at Mars) e) e CheMin (Química e Mineralogia). O laser ChemCam pode vaporizar rochas a até 7 metros de distância e identificar os minerais do espectro de luz emitido pela rocha explodida. Uma estação meteorológica e um monitor de radiação completam os dispositivos a bordo.
Com essas câmeras e instrumentos, o veículo espacial se torna os olhos e as mãos de uma equipe internacional de cerca de 500 cientistas terrestres.
Enquanto os rovers anteriores de Marte usavam matrizes solares para coletar luz solar para obter energia, o Curiosity usa um RTG como o New Horizons. A eletricidade gerada a partir do RTG alimenta repetidamente baterias recarregáveis de íons de lítio, e o calor do RTG também é canalizado para o chassi do rover para manter os eletrônicos internos quentes.
Com o tamanho e o peso do Curiosity, o sistema de pouso do airbag usado pelos rovers anteriores estava fora de questão. Como explicou o engenheiro da NASA Rob Manning, "você não pode saltar algo tão grande". O Sky Crane é uma solução audaciosa.
Missão da curiosidade: descubra como Marte evoluiu ao longo de bilhões de anos e determine se era uma vez - ou mesmo agora - capaz de suportar a vida microbiana.
O alvo da curiosidade para a exploração: os cientistas de montanhas de Marte, com 5,5 km de altura, chamam o Monte. Afiada (formalmente conhecida como Aeolis Mons) que fica no meio da Cratera Gale, uma bacia de impacto de 155 km de diâmetro.
Gale foi escolhido entre 60 locais candidatos. Dados de naves espaciais em órbita determinaram que a montanha possui dezenas de camadas de rochas sedimentares, talvez construídas ao longo de milhões de anos. Essas camadas podem contar a história geológica e climática de Marte. Além disso, tanto a montanha quanto a cratera parecem ter canais e outros recursos que parecem ter sido esculpidos por água corrente.
O plano: a MSL aterrissaria em uma parte mais baixa e plana da cratera e avançaria cuidadosamente em direção à montanha, estudando cada camada, fazendo um tour pelas épocas da história geológica de Marte.
A parte mais difícil seria chegar lá. E a equipe da MSL só teve uma chance de acertar.
Noite de desembarque
O pouso do Curiosity em 5 de agosto de 2012 foi um dos eventos de exploração espacial mais esperados da história recente. Milhões de pessoas assistiram a eventos se desenrolar on-line e na TV, com feeds de mídia social repletos de atualizações. O feed da TV da NASA a partir do controle da missão do JPL foi transmitido ao vivo nas telas da Time Square de Nova York e em locais ao redor do mundo que organizam 'festas de desembarque'.
Mas o epicentro da ação foi na JPL, onde centenas de engenheiros, cientistas e funcionários da NASA se reuniram na Instalação de Operações Espaciais da JPL. A equipe da EDL - todos vestindo camisas pólo azul claro - monitorava os consoles de computador no controle da missão.
Dois membros da equipe se destacaram: o líder da equipe da EDL, Adam Steltzner - que usa o cabelo em um pompadour parecido com o de Elvis - andava de um lado para o outro entre as fileiras de consoles. O diretor de vôo Bobak Ferdowski ostentava e elaborava um moicano de estrelas e listras. Obviamente, no século XXI, penteados exóticos substituíram os óculos escuros e os protetores de bolso da década de 1960 pelos engenheiros da NASA.
No momento do pouso, Ashwin Vasavada era um dos cientistas mais antigos da equipe missionária, tendo ingressado na MSL como Cientista Adjunto do Projeto em 2004, quando o veículo espacial estava em construção. Naquela época, grande parte do trabalho de Vasavada era trabalhar com as equipes de instrumentos para finalizar os objetivos de seus instrumentos e supervisionar equipes técnicas para ajudar a desenvolver os instrumentos e integrá-los ao veículo espacial.
Cada um dos dez instrumentos selecionados trouxe uma equipe de cientistas; portanto, com engenheiros, funcionários adicionais e estudantes, havia centenas de pessoas preparando o veículo espacial para o lançamento. Vasavada ajudou a coordenar todas as decisões e modificações que possam afetar a eventual ciência realizada em Marte. Durante o pouso, no entanto, tudo o que ele pôde fazer foi assistir.
"Eu estava na sala ao lado da sala de controle que estava sendo exibida na TV", disse Vasavada. "Para o pouso, não havia nada que eu pudesse fazer, exceto perceber os últimos oito anos da minha vida e todo o meu futuro estava nos 7 minutos de EDL."
Além disso, o fato de que ninguém saberia o destino real do veículo espacial até 13 minutos após o fato devido ao tempo de atraso do rádio levou a um sentimento de desamparo para todos na JPL.
"Embora eu estivesse sentado em uma cadeira", acrescentou Vasavada, "acho que estava mentalmente enrolado na posição fetal."
À medida que o Curiosity se aproximava de Marte, três outras naves veteranas que já orbitam o planeta se posicionaram para poder ficar de olho no recém-chegado MSL ao transmitir informações sobre seu status. A princípio, a MSL se comunicava diretamente com as antenas da Deep Space Network (DSN) na Terra.
Para tornar a telemetria da sonda o mais simplificada possível durante a EDL, o Curiosity enviou 128 tons simples, mas distintos, indicando quando as etapas do processo de pouso foram ativadas. Allen Chen, um engenheiro na sala de controle, anunciou cada um deles: um som indicou que a espaçonave entrou na atmosfera de Marte; outro sinalizou que os propulsores disparavam, guiando a espaçonave em direção à Cratera Gale. Palmas e sorrisos tentadores vieram da equipe do Controle da Missão no início, com emoções aumentando à medida que a espaçonave se aproximava cada vez mais da superfície.
No meio da descida, o MSL ficou abaixo do horizonte marciano, colocando-o fora de comunicação com a Terra. Mas os três orbitadores - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter e Mars Express - estavam prontos para capturar, registrar e retransmitir dados para o DSN.
Sem problemas, os tons continuavam chegando à Terra, enquanto cada passo do pouso continuava na perfeição. O pára-quedas implantado. O escudo térmico caiu. Um tom sinalizou o estágio de descida que levava o veículo espacial a soltar o pára-quedas, outro indicou o voo e a descida em direção à superfície. Outro tom significava que o Sky Crane começou a baixar o veículo espacial para a superfície.
Chegou um tom indicando que as rodas do Curiosity tocavam a superfície, mas mesmo isso não significava sucesso. A equipe teve que garantir que a manobra desdobrável da Sky Crane funcionasse.
Então, veio o tom que eles estavam esperando: "Touchdown confirmado", aplaudiu Chen. "Estamos seguros em Marte!"
Pandemônio e alegria surgiram no controle da missão da JPL, nos locais das festas de desembarque e nas mídias sociais. Parecia que o mundo celebrava juntos naquele momento. Excesso de custos, atrasos, todas as coisas negativas já ditas sobre a missão MSL pareciam desaparecer com o triunfo da aterrissagem.
"Bem-vindo a Marte!" o diretor do laboratório de propulsão a jato, Charles Elachi, disse em uma entrevista coletiva após o dramático touchdown: “Esta noite aterrissamos, amanhã começaremos a explorar Marte. Nossa curiosidade não tem limites. ”
"Os sete minutos foram realmente rápidos", disse Vasavada. “Acabou antes que percebêssemos. Então todo mundo estava pulando para cima e para baixo, mesmo que a maioria de nós ainda estivesse processando, e foi tão bem sucedida.
O fato de o pouso ter corrido tão bem - na verdade perfeitamente - pode ter chocado alguns membros da equipe do JPL. Enquanto eles ensaiaram o pouso do Curiosity várias vezes, notavelmente, eles nunca foram capazes de pousar o veículo em suas simulações.
“Tentamos ensaiar com muita precisão”, disse Vasavada, “para que tudo estivesse sincronizado - tanto a telemetria que simulamos que viria da espaçonave, quanto as animações em tempo real que haviam sido criadas. Era uma coisa bastante complexa, mas nunca funcionou. Portanto, o pouso real e real foi a primeira vez que tudo deu certo. ”
A curiosidade foi programada para tirar imediatamente fotos de seus arredores. Dois minutos após o pouso, as primeiras imagens foram transmitidas para a Terra e apareceram nas telas de visualização da JPL.
"Nós cronometramos os orbitais para sobrevoar durante o pouso, mas não sabíamos ao certo se o link de retransmissão duraria o suficiente para baixar as imagens iniciais", disse Vasavada. “Essas primeiras fotos foram bastante ruins porque as capas protetoras ainda estavam nas câmeras e os propulsores haviam levantado muita poeira nas capas. Não conseguimos ver muito bem, mas ainda assim pulamos para cima e para baixo porque eram fotos de Marte. ”
Surpreendentemente, uma das primeiras fotos mostrou exatamente o que o veículo espacial havia sido enviado para estudar.
“Havíamos pousado com as câmeras voltadas basicamente para o Monte. Afiado - disse Vasavada, balançando a cabeça. “Na imagem HazCam (câmera perigosa), logo entre as rodas, tivemos essa foto maravilhosa. Lá estava a montanha. Foi como uma prévia de toda a missão, bem na nossa frente. ”
Amanhã: parte 2 de "Percorrer Marte com curiosidade", com "Tempo vivendo em Marte" e "Descobertas"
“Histórias incríveis do espaço: um olhar por trás das cenas das missões que mudam nossa visão do cosmos” é publicado pela Page Street Publishing, uma subsidiária da Macmillan.
