Nota do editor: esta postagem de convidado foi escrita por Andy Tomaswick, um engenheiro elétrico que segue a ciência e tecnologia espacial.
Uma das tarefas tecnicamente mais difíceis de todas as futuras missões tripuladas a Marte é colocar os astronautas em segurança no solo. A combinação da alta velocidade necessária para uma curta viagem no espaço e a atmosfera marciana muito mais leve cria um problema aerodinâmico que foi resolvido apenas até agora para espaçonaves robóticas. Se um dia as pessoas percorrerem a superfície poeirenta de Marte, primeiro precisamos desenvolver melhores tecnologias de Descida e Desembolso de Entrada e Pouso (EDL).
Essas tecnologias fazem parte de uma recente reunião da conferência The Concepts and Approaches for Mars Exploration do Instituto Lunar Planetário (LPI), realizada de 12 a 14 de junho em Houston, que se concentrou nos últimos avanços em tecnologias que podem resolver o problema da EDL.
Das inúmeras tecnologias apresentadas na reunião, a maioria parecia envolver um sistema de várias camadas, que incluía várias estratégias diferentes. As diferentes tecnologias que preencherão essas camadas dependem parcialmente da missão e ainda precisam de mais testes. Três dos mais discutidos foram os desaceleradores aerodinâmicos infláveis hipersônicos (HIADs), a propulsão retro-supersônica (SRP) e várias formas de frenagem aerodinâmica.
Os HIADs são essencialmente escudos térmicos grandes, comumente encontrados muitos tipos de cápsulas de reentrada tripulada usadas nos últimos 50 anos de voos espaciais. Eles trabalham usando uma grande área de superfície para criar arrasto suficiente na atmosfera de um planeta para reduzir a velocidade da nave que viaja a uma velocidade razoável. Como essa estratégia funcionou tão bem na Terra há anos, é natural traduzir a tecnologia para Marte. Há um problema com a tradução.
Os HIADs confiam na resistência do ar por sua capacidade de desacelerar a nave. Como Marte tem uma atmosfera muito mais fina que a Terra, essa resistência não é tão eficaz na redução da reentrada. Devido a essa queda na eficácia, os HIADs são considerados apenas para uso com outras tecnologias. Como também é usado como um escudo térmico, ele deve ser anexado ao navio no início da reentrada, quando o atrito do ar causar aquecimento maciço em algumas superfícies. Depois que o veículo diminui para uma velocidade em que o aquecimento não é mais um problema, o HIAD é liberado para permitir que outras tecnologias assumam o restante do processo de frenagem.
Uma dessas outras tecnologias é SRP. Em muitos esquemas, após o lançamento do HIAD, o SRP se torna o principal responsável por diminuir a velocidade da nave. SRP é o tipo de tecnologia de pouso comumente encontrada em ficção científica. A ideia geral é muito simples. Os mesmos tipos de motores que aceleram a sonda para escapar da velocidade na Terra podem ser girados e usados para parar essa velocidade ao chegar a um destino. Para desacelerar o navio, gire os propulsores de foguetes originais ao reentrar ou projete foguetes virados para a frente que serão usados apenas durante o pouso. A tecnologia de foguetes químicos necessária para esta estratégia já está bem entendida, mas os motores de foguetes funcionam de maneira diferente quando viajam em velocidades supersônicas. Mais testes devem ser feitos para projetar motores que possam lidar com as tensões de tais velocidades. Os SRPs também usam combustível, que a embarcação precisará levar toda a distância até Marte, tornando sua jornada mais cara. Os SRPs da maioria das estratégias também são descartados em algum momento durante a descida. O peso derramado e a dificuldade de uma descida controlada ao seguir um pilar de chama até um local de pouso ajudam a levar a essa decisão.
Depois que os reforços do SRP desaparecem, na maioria dos projetos, uma tecnologia de frenagem aeroespacial assume o controle. Uma tecnologia comumente discutida na conferência foi o ballute, um balão combinado e pára-quedas. A idéia por trás dessa tecnologia é capturar o ar que passa rapidamente pela nave de aterrissagem e usá-lo para encher um balaço amarrado à nave. A compressão do ar que entra no reator faria com que o gás esquentasse, criando um balão de ar quente que teria propriedades de elevação semelhantes às usadas na Terra. Assumindo que ar suficiente é empurrado para dentro do balauto, ele poderia fornecer a desaceleração final necessária para deixar a embarcação de pouso suavemente na superfície marciana, com um estresse mínimo na carga útil. No entanto, a quantidade total que essa tecnologia desaceleraria a nave depende da quantidade de ar que ela poderia injetar em sua estrutura. Com mais ar, obtém-se um ballute maior e mais tensões no material do qual o ballute é feito. Com essas considerações, ela não está sendo considerada como uma tecnologia EDL autônoma.
Essas estratégias mal arranham a superfície dos métodos EDL propostos que poderiam ser usados por uma missão humana em Marte. O Curiosity, o mais novo veículo espacial que deve pousar em Marte, está usando vários, incluindo uma forma única de SRP conhecida como Sky Crane. Os resultados de seus sistemas ajudarão cientistas como os da conferência LPI a determinar qual conjunto de tecnologias EDL será o mais eficaz para futuras missões humanas em Marte.
Legenda da imagem do lead: O conceito do artista de desacelerador aerodinâmico inflável hipersônico que retarda a entrada atmosférica de uma espaçonave. Crédito: NASA
Segunda legenda da imagem: Jatos supersônicos são lançados para a frente de uma espaçonave para desacelerar o veículo durante a entrada na atmosfera marciana antes da implantação do pára-quedas. A imagem é do Laboratório de Ciências da Mars em Mach 12 com 4 jatos de retropropulsão supersônicos. Crédito: NASA
Fonte: Conceito e abordagens do LPI para exploração de Marte
