Como vamos sair de Marte?

Quando os engenheiros da NASA olham para Marte, eles veem uma planta carnívora do tamanho de um planeta.

O planeta nos engana com a promessa de descobertas científicas, mas no momento em que pousamos lá, a gravidade e o clima difícil conspirará para nos manter presos na superfícies.

E isso não é uma opção. Se Perdido em Marte dá uma lição real sobre exploração espacial, é que o público não vai aceitar gastar milhões de dólares apenas para deixar astronautas presos em outro mundo. A parte mais crucial do plano da NASA para visitar o planeta vermelho é como sair dele.

O módulo que a NASA deve construir para a tarefa, o Veículo de Ascensão de Marte (MAV, na sigla em inglês), representa um desafio incrível de engenharia. Quando carregado completamente com combustível, ele é pesado demais para sair da Terra e pousar com segurança em Marte.

Em vez disso, o veículo precisaria ser pré-montado e enviado para o planeta vermelho anos antes dos astronautas chegarem, onde faria seu próprio propulsor extraindo gases da fina atmosfera de Marte.

E depois disso? O MAV deve ser construído de maneira resistente o suficiente para operar sob gigantescas tempestades de areia e radiação UV. Quando o veículo finalmente ir embora castigado, teria que abastecer os astronautas por dias, enquanto manobram para acoplar à nave que irá trazê-los de volta para casa.

O MAV será uma missão dentro de uma missão; uma nave espacial tripulada enviada para a órbita da superfície de um planeta externo.

E existe somente uma chance de fazer tudo isso dar certo.

Como levar todas as nossas coisas

Uma missão para Marte será a primeira caravana da humanidade para o espaço profundo. Cerca de cinco nave espaciais serão necessárias para levar os astronautas e suas cargas para o planeta vermelho.

Algumas das cargas serão divididas em pequenas partes e então remontadas pelos astronautas na chegada. Não o MAV. “Você não iria querer estar em Marte tentando parafusar motores em seu traje espacial, usando luvas sem dedo em um ambiente poeirento", diz Michelle Rucker, engenheira de sistema do Centro Espacial Johnson da NASA.

Na linguagem da NASA, isso faz do MAV o “maior elemento” de carga indivisível na missão, pesando estimadamente 18 toneladas. Até hoje, o maior objeto que enviamos para a superfície marciana é o jipe-robô Curiosity, de uma tonelada.

Pousar um objeto em Marte, principalmente um que pesa várias toneladas, não é tão fácil quanto pousar na Terra, onde uma cápsula basicamente cai do céu confiando na atmosfera para reduzir a velocidade de sua descida.

Em Marte, onde o ar é centenas de vezes mais fino que na Terra, “existe atmosfera o suficiente para atrapalhar, mas não o suficiente para ser útil", disse Rucker. Ou seja, ela iria te queimar, mas não iria reduzir sua velocidade.

É por isso que a NASA está desenvolvendo tecnologias como o Desacelerador Hipersônico Aerodinâmico Inflamável, um escudo de calor inflável gigante em forma de cone que também iria agir como um sistema de frenagem.

O escudo seria utilizado durante a entrada na atmosfera marciana, desacelerando a nave espacial de velocidades hipersônicas para apenas supersônicas. Nesse momento, motores de foguete entrariam em ação para fazer um pouso controlado.

Eis as contas que o astronauta Mark Watney faria para funcionar: o pouso queimaria cerca de cinco a sete toneladas de combustível. Quando estamos falando de sair da superfície marciana, o MAV precisaria de 33 toneladas de combustível para vencer a gravidade do planeta vermelho, atravessar a atmosfera e levar os astronautas e sua carga científica com segurança para a órbita, onde poderiam manobrar e acoplar ao Veículo de Retorno à Terra.

E isso é muito coisa para levar. O combustível terá de ser fabricado em Marte .

Viver do que a terra dá

Se as expedições ao planeta vermelho terão alguma chance de sucesso, elas terão que aproveitar o solo marciano.

Ao fazer combustível em Marte, a NASA pode economizar toneladas de peso inicial de carga. E, após o fim da primeira missão, o equipamento pode ser deixado em Marte para servir como infraestrutura incipiente de instalações futuras e processar não somente combustível, mas também água e ar para novos exploradores.

Os motores do MAV serão movidos a metano e oxigênio líquido. Todos os ingredientes necessários para fazer combustível – carbono, hidrogênio e oxigênio – podem ser encontrados no planeta vermelho se você souber onde procurar.

Na teoria, o oxigênio pode ser extraído da atmosfera – composto de 95% de dióxido de carbono (CO²) – e de água líquida e congelada (H20) no subsolo. O restante de carbono e hidrogênio podem ser combinados para fazer metano líquido.

Perfurar em busca de água, porém, adicionaria um elemento não-desejado de incerteza a uma missão já difícil. Escavar e processar é muito mais complexo que simplesmente tirar da atmosfera de Marte. “O outro problema com produção propulsora de água no subsolo é que isso te faz pousar onde tem quase certeza que existe água", disse Rucker. Se você precisa cavar e “você pousa em algum lugar e descobre depois ser um local rochoso, então todas as apostas foram perdidas", diz ela.

Se o hidrogênio não fosse extraído da água marciana, então o Plano B seria enviar uma carga de hidrogênio a Marte como matéria prima para fazer metano. Mas, para uma missão inicial, a ideia também está fora de cogitação. Embora o hidrogênio não seja pesado, ele necessita de grandes tanques de armazenamento que tomariam espaço precioso.

“Temos o desenho de uma nave de pouso, ela meio que tem um convés com uma plataforma no topo", disse Tara Polsgrove, engenheira espacial do Marshall Space Flight Center da NASA. “Agora, o MAV ocupa a maior parte desse convés. Não existe muito espaço ali para um tanque de hidrogênio.”

Engenheiros da NASA poderiam acomodar tanques de hidrogênio fazendo o MAV mais alto ao invés de mais largo. Mas eles querem evitar uma nave mais alta; estão preocupados com o risco de, se o veículo ficar muito alto, capotar após o pouso.

E, disse Rucker, um MAV mais alto poderia se tornar um fardo físico mais difícil para os astronautas. Se um ou mais deles são incapacitados durante a missão, subir uma escada alta é a última coisa que eles iriam querer. Acesso fácil precisa ser prioridade.

Assim, o plano atual é enviar um veículo ascendente totalmente carregado com metano líquido e equipado com uma fábrica química que iria produzir oxigênio líquido a partir da atmosfera marciana.

Espera-se que o processo demore dois anos. Quando os tanques do MAV estiverem cheios, a tripulação humana será enviada a Marte, assegurados por saber que terão um veículo cheio de gás esperando para levá-los de volta ao espaço.

Mas os engenheiros da NASA não estarão prontos para erguer bandeiras de “Missão Cumprida”. “Um dos desafios é que estamos usando propulsores criogênicos", disse Rucker. “Uma vez que você fizer o combustível em Marte, você deve mantê-lo resfriado por alguns anos antes de usá-lo de fato, sem deixá-lo ferver".

“Temos o combustível e agora não temos nenhuma válvula sem nenhum vazamento", adiciona Polsgrove. “Você tem que pensar sobre isso e é por esse motivo que estamos priorizando o desenvolvimento de tecnologia na área de válvulas de baixo vazamento.”

De maneira mais ampla, os engenheiros estão preocupados com o tempo escasso. O MAV vai precisar de um a dois anos para fabricar combustível. A equipe humana irá gastar de 200 a 350 dias viajando até Marte e depois seguirão explorando o planeta vermelho por até 500 dias.

Some tudo e significa que o MAV deverá permanecer operacional e pronto para partir por pelo menos quatro anos depois do pouso inicial em Marte. “Sentado no ambiente de Marte", disse Rucker. “Sentado na poeira. Existe radiação UV intensa. Como a mobília no seu jardim fica após ficar tanto tempo embaixo do sol? Isso na Terra, onde temos uma proteção consideravelmente maior do que lá.”

Vista-se!

Entre as diversas questões que os engenheiros têm que considerar ao desenhar o MAV, uma das mais importantes é: o que os astronautas estarão usando?

“Você já viu fotos na estação espacial", disse Rucker, “eles ficam de shorts e camiseta. Quando você está em um voo estável com um veículo grande, essa roupa é boa. Em um veículo em ascensão, não existe outro lugar para ir. Se arrebentar um buraco em algum lugar, é melhor estar vestido para a ocasião.”

Mas qual vestimenta? As que os astronautas usarão para explorar a superfície de Marte – trajes de atividade extraveicular – são pesadas e grandes. Se os usarem dentro do MAV, os engenheiros terão que aumentar a cabine.

Também existe o problema da poeira marciana presa aos trajes. Isso não é o tipo de coisa que os astronautas deveriam trazer de volta para casa sem protocolos de proteção planetária adequados.

Rucker acredita que a melhor solução é deixar os trajes grandes em Marte, onde uma missão futura poderia recuperá-las em partes. Assim, os astronautas usariam trajes de “atividade intraveicular” (IVA), roupas grandes e alaranjadas que a tripulação usou em sua nave espacial durante o lançamento e reentrada.

Os trajes IVA pesam menos, são um pouco mais flexíveis e podem ser mantidos livres de poeira ao restringir a exposição ao ambiente marciano externo. Os astronautas deixariam seu habitat e entrariam no rover pela porta de acoplagem. Enquanto estiverem no rover, trocariam seus trajes IVA limpos e dirigiriam para o MAV, por onde entrariam por um túnel pressurizado.

A desvantagem de trazer um túnel para Marte é que ele seria um peso a mais de um equipamento que seria usado somente uma vez. Mas Rucker acredita que o túnel poderia ter outros usos.

“Eu acho que é uma coisa legal de se ter", ela disse. “Agora, ao invés de um habitat grande e único, talvez você possa ter menores e usar o túnel para conectá-los. Nunca é bom adicionar um novo elemento, mas se é um que resolve diversos problemas, pode ser uma vantagem.”

Pulo de volta

Finalmente, é hora de ir.

O interior do MAV será espartano para diminuir peso. É um táxi para uma viagem sem volta, não um habitat. Na verdade, talvez os engenheiros nem coloquem assentos – nesse caso os astronautas terão que ficar de pé durante toda a viagem.

A subida movida por foguete vai durar sete minutos, mas a jornada não termina ali. Os astronautas terão que queimar mais combustível para manobrar em direção a uma órbita que os permita acoplar ao Veículo de Retorno à Terra (ERV, na sigla em inglês).

Isso significa que os astronautas podem ficar no MAV por até 43 horas, considerando que o ERV esteja estacionado e “órbita de um sol” – uma órbita elíptica a uma altitude de 250 a 34 mil quilômetros acima da superfície marciana. Mas, disse Rucker, isso permanece como uma questão não resolvida entre os planejadores da missão em Marte.

“Os caras que acreditam na solução de fazer combustível no espaço, querem um habitat grande e bom para transitar, assim como nós,” ela disse. “Eles não querem mergulhar no poço de gravidade de Marte. Eles adorariam ficar de cinco a dez sols e fazer o veículo de ascensão subir até eles".

O problema disso, disse Rucker, é que uma estadia mais longa no MAV exigiria instalações adicionais.

“Você pode ficar no seu traje espacial, e pode ficar sem uma sopa quente ou banheiro por 43 horas, provavelmente", ela disse. “Mas se isso começar a durar três dias, ou cinco dias, ou sete dias, tem que começar a adicionar mais coisas e o tamanho do veículo aumenta."

”Uma vez que a acoplagem foi feita – e equipe e carga transferidos para a nave espacial que irá trazê-los para a Terra – o MAV irá se separar e fazer uma última manobra de disposição, se posicionando em uma órbita que não interferirá com futuras missões em Marte: um fim ignóbil para uma pequena nave espacial que terá um papel fundamental na história humana.

Publicado originalmente em 2 de outubro de 2015