Futuro da exploração de Marte pode ser mais acessível e mais barato

Ilustração retrata o conceito da missão para exploração de Marte Mars Cube One (MarCO).

Enquanto as equipes da NASA e da Agência Espacial Europeia, além dos seus equivalentes chineses, planejam missões caríssimas e complicadas para coletar amostras de solo em Marte e trazê-las à Terra, um número crescente de pesquisadores está buscando meios novos e mais baratos para explorar mais o Planeta Vermelho.

Seja recorrendo a helicópteros de última geração, ou a sondas que pousam ou orbitam o planeta, esse grupo de pesquisadores diz que é hora de criar novos caminhos para coletar mais dados em diversas regiões naquele mundo remoto.

Bethany Ehlmann, cientista planetária do Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena, apoia a ideia de que as próximas etapas de pesquisa empreguem naves a um custo relativamente mais baixo.

“Marte, assim como a Terra, é bastante variado. Locais diferentes proporcionam diferentes registros ambientais”, disse Ehlmann à Space.com. Assim, há muita por explorar, acrescentou ela, e citou a possibilidade de visitar locais incríveis e exóticos que as espaçonaves fotografam da órbita, como o sistema de cânion Valles Marineris e as calotas polares marcianas.

“Um sistema tão complicado como Marte requer amplitude e profundidade”, disse Ehlmann. “E isso vai exigir o desenvolvimento de novas maneiras de fazer exploração em vários locais, seja reduzindo o preço de cada espaçonave através de tecnologia ou estabelecendo novos paradigmas programáticos e novas colaborações. Imagine meia dúzia de robôs exploradores se movendo por Marte, operados a partir de universidades de todo o país… Isso deixaria os alunos animados com a possibilidade de seguir uma carreira em ciência e engenharia! ”

Transcorridas décadas de exploração em Marte, muitas das questões importantes que permanecem só podem ser respondidas colocando-se diretamente o “pé no chão”, e pode ser um pé robótico ou humano, disse Ehlmann.

Uma abordagem no estilo ‘Newspace’

“A NASA sempre foi uma agência muito avessa a correr riscos. Isso é completamente compreensível, uma vez que eles gastam dinheiro dos contribuintes, ”, disse Robert Lillis, Diretor Associado de Ciência Planetária e Astrobiologia do Laboratório de Ciências Espaciais da Universidade da Califórnia, Berkeley.

Lillis aponta o programa de Pequenas Missões Inovadoras para Exploração Planetária (SIMPLEx, na sigla em inglês) da NASA como um “esforço ousado” para facilitar a pesquisa planetária de ponta a um custo equivalente a uma pequena parte de uma missão do programa Discovery, também da NASA. O programa Discovery apoia iniciativas ambiciosas para exploração espacial, mas de custo relativamente baixo. O limite de custo atual para uma missão Discovery é de cerca de US $ 500 milhões. O SIMPLEx também serve como um ensaio para que se possa investigar a relação entre custo e risco, disse Lillis.

Por exemplo, a missão Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (EscaPADE) é um empreendimento do programa SIMPLEx, que promete uma ótima relação custo-benefício, disse Lillis, que é o investigador chefe do EscaPADE. O custo total desta missão a Marte, projetada para chegar à órbita do Planeta Vermelho em 2026, está estimado em menos de US$ 80 milhões.

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As sondas gêmeas EscaPADE fornecerão uma perspectiva duplicada diferenciada para o sistema altamente complexo da atmosfera superior de Marte, disse Lillis. “Nossas duas espaçonaves, de nomes Blue e Gold, nos fornecerão dois pares de olhos, permitindo-nos, pela primeira vez, compreender a resposta em tempo real dos padrões de perda de atmosfera de Marte às rajadas e vendavais eletromagnéticas de vento solar que atingem Marte ”, disse ele.

Adotar uma abordagem no estilo “NewSpace” para o desenvolver espaçonaves permitirá que constelações de pequenos satélites explorem e monitorem a atmosfera marciana. Dessa forma, elas irão proporcionar uma fidelidade e uma cobertura sem precedentes, disse Lillis. “Seremos capazes de ver todas as partes do planeta em todos os momentos do dia, desde a superfície até a alta atmosfera.”

Lillis acrescentou que este tipo de “consciência de situação” será crucial para proteger futuros exploradores humanos, basicamente de duas formas. Em primeiro lugar, uma melhor caracterização da pressão do ar próximo à superfície e do vento permite que a nave tenha mais segurança durante as etapas de entrada na atmosfera, de descida e de aterrissagem. Em segundo lugar, o monitoramento do tempo permitirá uma previsão do tempo precisa por meio da assimilação de dados.

“Quando falamos sobre a importância da previsão do tempo em Marte para a segurança dos exploradores, estamos nos referindo às tempestades de poeira, de escala regional ou global”, disse Lillis. “As tempestades de poeira reduzem a geração de energia solar e a visibilidade.”

Dezenas de robôs em pouco tempo

Uma nova tecnologia que poderá permitir um pouso seguro e barato em Marte é o conceito de Dispositivo de Pouso de Energia de Alto Impacto (SHIELD, na sigla em inglês), agora em estudo no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA no sul da Califórnia.

“Basicamente, ele combina um módulo de pouso e um amortecedor em um só objeto”, disse Louis Giersch, o investigador chefe do SHIELD.

“Ele não seria capaz de transportar algo das dimensões do rover Perseverance até o solo de Marte. Mas, pode permitir que os cientistas conduzam mais estudos da superfície do planeta enquanto viajam com missões maiores da NASA”, acrescentou Giersch. “Ainda estamos avaliando quais tipos de instrumentos científicos seriam mais adequados transportar, mas sensores meteorológicos, câmeras e espectrômetros de massa estão entre as opções.”

O objetivo da SHIELD é reduzir os custos da aterrissagem de Marte em uma ordem de magnitude, tornando viável um amplo conjunto de potenciais missões. Por exemplo, a tecnologia poderia permitir que a NASA enviasse dezenas de robôs individuais em um período de tempo relativamente curto. Isso acabaria “pontilhando” de sondas a superfície do planeta.

Giersch disse que a SHIELD colocará mais limitações nas cargas úteis científicas em relação às plataformas Mars convencionais. As cargas úteis científicas precisarão ser ainda mais compactas e robustas, disse ele. Mas com o benefício previsto de acesso mais frequente à superfície marciana como resultado do custo de missão reduzido.

Mudança de paradigma

“A oportunidade de acesso frequente de baixo custo a Marte está aqui”, diz Nathan Barba do JPL, engenheiro de sistemas da SHIELD. Essa porta foi aberta quando os cubos A e B do Mars Cube One (MarCO), apelidados de EVE e WALL-E, completaram um sobrevoo bem-sucedido de Marte em novembro de 2018. A dupla, que custou para o JPL apenas US$ 18,5 milhões entre construção e operação, viajou de carona com a sonda InSight Mars, da NASA.

“Numa mesma missão, O SHIELD pode ser utilizado na forma de um módulo de pouso único, ou de vários. Um módulo de pouso de baixo custo como o SHIELD pode ser usado em tarefas de medições pioneiras ou destinadas a obter certos dados que são são críticos para missões maiores e mais caras, tais como informações sobre pouso”, disse Barba.

A possibilidade de facilitar o acesso ao espaço é empolgante, continuou Barba, “porque significa mais oportunidades para a pesquisa em Marte. Se uma nova classe de missões interplanetárias de baixo custo vier a surgir, ela proporcionará um conjunto ainda mais diverso de estudos, e dará oportunidade a muitos novos cientistas e engenheiros em início de carreira ”.

Missões de espaçonaves menores e de custo mais baixo poderiam fornecer ciência de qualidade e ocorreriam paralelamente ao programa que busca retornar à Terra amostras coletadas em Marte, disse Barba. A mudança de paradigma em capacidade e custo pode ser atribuída a muitos fatores, desde uma redução de ordem de magnitude no custo de lançamento, possibilitada por compartilhamento e por pequenos veículos de lançamento que estão sendo desenvolvidos, até a fabricação de instrumentos científicos capazes de alta precisão, disse ele.

Oportunidades de aprendizado

No entanto, outra ideia para futuros estudos em Marte já foi reforçada pelos vários voos do helicóptero Ingenuity, da NASA. O Ingenuity, que é um protótipo de testes de tecnologia, já mostrou seu sucesso, mas o que vem a seguir?

“O voo do Ingenuity foi além do que poderíamos ter imaginado”, disse Shannah Withrow-Maser, líder de sistemas de veículos de helicópteros da Mars Science no Ames Research Center da NASA, no Vale do Silício. “Cada voo está nos ensinando mais e mais e abrindo portas para futuros ideias de missões”, disse ela ao Space.com.

Uma ideia que está ganhando forma é a do chamado Mars Science Helicopter. Esse seria um dispositivo com seis motores que poderia transportar cargas úteis mais peadas e viajar por distâncias maiores do que o Ingenuity alcança atualmente. Withrow-Maser disse que o conceito do Mars Science Helicopter está evoluindo graças às oportunidades de aprendizado fornecidas pelos dados do Ingenuity, que são baixados e avaliados após cada voo.

“Eu meio que prendo a respiração toda vez que o Ingenuity voa”, disse Withrow-Maser. “Estamos fazendo um voo de cada vez. Ele excede em muito os limites para os quais foi projetado e testado aqui na Terra. ”

Exploração aérea

Conceber um futuro helicóptero para operar Marte é apenas uma possibilidade, disse Withrow-Maser. “É possível fazer coisas muito legais com veículos com rotores”, disse ela, “como decolar em qualquer tipo de lugar e também sobrevoar objetos de interesse”.

Está sendo avaliada agora a ideia de lançar um helicóptero em pleno ar durante o processo de entrada, descida e pouso de uma nave. Esta abordagem poderia, potencialmente, investigar diversos aspectos de Marte cuja observação é difícil ou impossível de se fazer usando-se jipes robôs. As calotas polares, penhascos verticais e vulcões de lama são alguns exemplos.

A nave também pode passar sobre as intrigantes listras escuras marcianas conhecidas como linhas de declive recorrentes, ou estrias. Elas podem ser sinais de atividade de água líquida. Um hexacóptero também pode ajudar a mapear perfis verticais da atmosfera, ou mesmo mergulhar pelas aberturas de tubos de lava.

“A comunidade está apenas começando a ter uma ideia do que pode ser feito em termos de exploração aeroespacial”, disse Withrow-Maser. “Um helicóptero nos permite ir muito mais longe e mais rápido. As novas plataformas de veículos podem ser um catalisador para todos os tipos de ciência. Acho que estamos em uma boa posição para aproveitar todas as oportunidades que surgirem em nosso caminho. ”

Leonard David

Publicado em 29/09/2021, com autorização. Publicado originalmente em space.com.