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Domingo, 25 de agosto de 2019 | TEMPO: PARCIALMENTE NUBLADO

Tecnologia

Como será a próxima ida do homem à Lua planejada pela Nasa

O presidente americano Donald Trump quer que os EUA voltem à Lua em 2024 como parte de uma nova era de exploração espacial. Mas o que será necessário para chegar lá?

Como será a próxima ida do homem à Lua planejada pela Nasa

(Imagem: NASA)

Um veículo de 12 rodas levanta uma nuvem de poeira cinza e deixa marcas no solo ao atravessar um terreno assimétrico. O "caminhão espacial" tem uma cabine pressurizada, permitindo que os dois astronautas dentro dele respirem sem os trajes espaciais.

Eles estão cansados depois de passarem um dia todo investigando depósitos de gelo a alguns quilômetros de sua base.

Essa é a lua em 2050.

Conforme o veículo passa ao redor de uma enorme cratera, os astronautas veem o brilho de espelhos montados em sua borda. Os espelhos direcionam a luz do sol para a cratera, dando energia para uma operação de mineração para extrair água/gelo do fundo. À esquerda, o caminhão passa por uma área de pouso, onde um veículo de subida aguarda para entrar em órbita.

O veículo para perto dos domos de uma base, localizada no polo sul da Lua. Os astronautas entram em sua habitação através de uma escotilha pressurizada e removem seus trajes empoeirados. Lá dentro, uma estufa abriga uma horta de batata e couve que emite um brilho difuso sob luzes LED. Os astronautas sobem uma escada para o primeiro andar, onde o comandante da base os espera para ouvir o relatório da missão.

Cenários como esse são fantasias, por enquanto. Mas esse é um dos jeitos possíveis para os humanos viverem e trabalharem na Lua.

Se o objetivo é estabelecer uma base de longo prazo, teremos que aproveitar o que for possível dos recursos lunares para atender nossas necessidades.

Em seu laboratório na Universidade Open, em Milton Keynes, no Reino Unido, a estudante de doutorado Hannah Sargeant está trabalhando para fazer exatamente isso, usando um mineral chamado ilmenita, que é abundante na Lua.

Dentro de um forno, a ilmenita é aquecida para extrair oxigênio, que então é combinado com hidrogênio para produzir água.

"Há mais de 20 maneiras de obter água de rochas na lua. A ilmenita é interessante porque é muito comum lá e a reação que você precisa consome relativamente pouca energia", explica.

Ela diz que está empolgada com a perspectiva da humanidade voltar à superfície da lua pela primeira vez desde 1972.

"Sinto que minha geração definitivamente vai conseguir fazer isso. Estou confiante que isso vai acontecer até o fim da minha vida, que teremos pelo menos uma habitação permanente em órbita ao redor da Lua, com subidas e descidas frequentes para a superfície."

Em 2017, o presidente americano Donald Trump aprovou uma diretriz para levar astronautas americanos de volta à Lua e para "outros destinos". A Nasa disse que o objetivo é fazê-lo até 2028. Mas recentemente o governo pediu que a agência espacial americana reduza o prazo para 2024, citando ambições espaciais da China. Não passou despercebido, no entanto, que a data vai coincidir com o fim do segundo mandato de Trump, se ele for reeleito.

Desta vez, a Nasa quer fazer as coisas de maneira diferente. A Lua é parte de uma ambição mais ampla de explorar o espaço, incluindo Marte. Então parte do plano é estabelecer uma 'parada' no nosso satélite natural.

"Não vamos voltar à Lua para deixar bandeiras e pegadas e então não voltar por outros 50 anos", disse o administrador da Nasa Jim Bridenstine no início do ano. "Vamos de maneira sustentável - para ficar - com aterrissadores e robôs e rovers e humanos."

Mas será que a Nasa vai conseguir fazer uma missão de retorno com esse prazo, considerando que equipamentos essenciais ainda não foram nem construídos nem testados?

"Vai ser arriscado", diz John Logsdon, professor de ciência política da Universidade George Washington, na capital americana. "Mas se não estamos dispostos a aceitar algum nível de risco, deveríamos ficar por aqui. A questão é equilibrar o risco com atividade."

Os riscos de ir para a Lua

Missões lunares anteriores tiveram os nomes inspirados no deus grego Apollo. A próxima será nomeada Artemis, irmã gêmea de Apollo, e já existem especulações sobre a identidade da primeira mulher a pisar na lua.

A Nasa tem hoje 38 astronautas em atividade; 12 deles são mulheres. Entre elas há Kate Rubins, microbióloga que estudou algumas das doenças mais mortais da Terra; Jeanette Epps, ex-agente da CIA; a médica Serena Aunon-Chancellor e a engenheira elétrica Christina Koch.

Recentemente Jim Bridenstine disse ao canal de televisão americano CNN que a candidata será alguém experiente, que já esteve na Estação Espacial Internacional.

"Hoje exigimos mais de um astronauta do que em qualquer outro momento na história", diz Michael Barratt, astronauta da Nasa e professor honorário da Faculdade de Medicina de Exeter, no Reino Unido.

"O astronauta hoje voa em uma nave multinacional por seis meses, e precisar ser muito, muito treinado para caminhar no espaço, conduzir operação de braços robóticos, navegar todos os tipos de sistema, precisa falar inglês e russo e lidar com isolamento e confinamento por seis meses seguidos."

Mas que desafios adicionais eles vão encontrar além da órbita da Terra?

Hoje já temos um bom entendimento das mudanças que ocorrem no corpo humano no espaço. "Eu gosto de dizer que nós literalmente nos tornamos extraterrestres", diz Barratt, que também é médico. "Sua anatomia muda, sua psicologia muda, sua bioquímica muda. E nós ainda funcionamos direito, é realmente muito impressionante."

Astronautas vão enfrentar perigos trabalhando na superfície lunar. "Apesar da gravidade na Lua ser um sexto da gravidade da Terra, você estará usando um traje muito pesado, carregando ferramentas e apetrechos e escavando, escalando e explorando", diz Barratt.

Além disso há a questão da poeira lunar. Os astronautas das missões Apollo tiveram episódios de tosse e problemas respiratórios quando a poeira entrou em sua espaçonave. Será necessário encontrar uma solução para esse problema.

A radiação é um dos maiores desafios. Fora do campo magnético da Terra, os astronautas estão expostos a doses de radiação cerca de três vezes maiores do que as que eles recebem por dia na órbita da Terra. Isso contribui para um risco maior de problemas de saúde de longo prazo, como câncer e doenças cardiovasculares.

A radiação vem de diversas fontes. Raios cósmicos galácticos têm muita energia, mas há poucos deles. Os cinturões de Van Allen ao redor da Terra contêm partículas subatômicas, mas a exposição a eles é temporária - foi no máximo 5 minutos nas missões anteriores.

No entanto, para uma base permanente na lua, será preciso encontrar maneiras melhores de se proteger de tempestades solares - quando o Sol libera para o espaço partículas carregadas (prótons, em sua maioria).

A nave de última geração da Nasa, Orion, usa materiais na própria estrutura para proteger os ocupantes da radiação.

O cerne do plano americano para voltar à Lua é o módulo de tripulação da Orion. Seu formato cônico lembra os módulos de comando da Apollo, bem diferentes do estilo dos ônibus espaciais que vieram depois. Para muitas pessoas, a Orion evoca a "era de ouro" da exploração espacial, quando tudo parecia possível.

Mas a nave de 10 toneladas usa uma tecnologia que era inimaginável nos anos 1960, e até os métodos de construção dela são inovadores. Na empresa Lockheed Martin, que está construindo a Orion para a Nasa, engenheiros trabalham equipados com headsets de realidade aumentada.

Usando instruções e modelos que se sobrepõem ao mundo real, técnicos conseguem determinar facilmente onde fazer uma perfuração, ou marcar a localização de um ajustador de cabos. A realidade aumentada também evita que eles precisem parar para olhar manuais o tempo todo, permitindo que eles trabalhem com maior eficiência.

"Uma pessoa na Orion disse que iria adiar a sua aposentadoria para poder experimentar o equipamento", diz Shelley Peterson, gerente de novas tecnologias na Lockheed.

Comparada à Apollo, a Orion é muito mais densa em termos de suas capacidades por metro cúbico, diz Rob Chambers, gerente sênior de sistemas de engenharia na empresa.

A Orion era originalmente parte do plano do presidente George W. Bush para voltar à Lua, anunciado em 2004. Quando o projeto foi cancelado em 2010 pelo governo de Barack Obama, a nave foi o único elemento a sobreviver.

Os quatro computadores de voo da Orion podem fazer praticamente tudo na nave sem intervenção humana, tornando a nave autossuficiente.

Os computadores são de um tipo inicialmente construído para o avião comercial Boeing 787. Mas eles foram reforçados para os rigores da viagem espacial, onde forças gravitacionais, vibração e radiação podem danificar equipamentos delicados. "É por isso que temos quatro conjuntos de computadores de voo, para lidar com o ambiente espacial", diz Chambers.

Os computadores não são os mais recentes disponíveis. Com viagens espaciais, equipamento já usados e testados são preferíveis em relação a algo que é mais inovador, mas menos compreendido.

Se uma falha causasse despressurização na Orion, a nave seria capaz de voltar sozinha para casa. Os astronautas teriam trajes pressurizados para mantê-los vivos no vácuo.

Quando a Orion voltar para a Terra, o maior escudo protetor contra calor já construído vai proteger a tripulação de temperaturas de até 2,760° C durante a reentrada na atmosfera.

Ao pousar na Terra, a Orion vai usar 11 paraquedas diferentes - feitos em maioria de um híbrido de nylon e kevlar - para reduzir a velocidade do veículo para 27 km/h exigidos para pousar em segurança no Oceano Pacífico.

Um navio de transporte anfíbio estará esperando por perto para resgatar os astronautas. O veículo então vai guinchar a Orion para um espaço de armazenamento e levá-la de volta para casa.

Outra parte importante do plano de retorno à Lua é o foguete que vai carregar a Orion para o espaço. Chamado de Sistema de Lançamento Espacial (SLS, na sigla em inglês), o foguete é mais alto que um prédio de 30 andares e será capaz de lançar pesos de até 130 toneladas.

"É um foguete realmente imenso. De cair o queixo", diz John Shannon, vice-presidente e gerente de projeto do SLS na Boeing, que esta construindo o foguete para Nasa.

Custou cerca de US$ 12,5 bilhões, e um relatório de supervisão do governo publicado em junho detalhou um estouro no orçamento de US$ 1,8 bilhões.

O voo de estreia deve acontecer depois de junho de 2020.

Mas nem todo mundo acha que esse é o melhor caminho. Há quem defenda o lançamento do Orion com uso de foguetes comerciais, como os que estão sendo desenvolvidos pelos bilionários Elon Musk e Jeff Bezos.

Robert Zubrin, da empresa americana Pioneer Astronautics, criou plano chamado 'Moon Direct', que usaria foguetes comerciais menos poderosos para lançar uma nave versátil à lua.

Zubrin acredita que, com dois lançamentos por anos a um custo de US$ 1 bilhão, o SLS poderia ser usado para algo melhor, como para chegar a Marte.

John Shannon diz que seu time "sabe o que está fazendo, o quão especial e difícil é (a missão)". "Uma vez que o SLS esteja sendo usado, não vai haver necessidade para outro veículo com a mesma capacidade por muitos anos", diz.

Um posto no meio do caminho

A Nasa também quer construir uma estação espacial na órbita lunar, onde os astronautas possam fazer uma parada antes de ir para a superfície, chamado de Gateway (portal, em inglês).

"O objetivo do Gateway é realmente ser um entreposto para chegar à superfície da Lua e depois a Marte", diz Pete McGrath, diretor de vendas globais e marketing da divisão de exploração espacial da Boeing.

John Shannon é o principal arquiteto da Gateway. Trabalhando na Nasa em 2011, ele foi escalado para visualizar os próximos passos da exploração espacial. "Eu olhei cada um dos designs de missão que a Nasa produziu nos últimos 20 anos. Era uma pilha de 1,2 metro", diz ele.

Mas afinal por que a Nasa está construindo uma estação especial no meio do caminho sendo que os astronautas que foram à Lua há 50 anos o fizeram tranquilamente sem uma?

"Um entreposto te dá um lugar para a tripulação se preparar antes de descer à superfície. Te dá a oportunidade de controlar veículos remotos na superfície", diz Shannon. "Também funcionaria como um abrigo em caso de algo dar errado durante a missão."

As missões Apollo levaram todos os equipamentos necessários para completar a missão até a Lua. A Nasa os colocou em um caminho ao redor da Lua chamado trajetória de livre retorno, que os levaria de volta à Terra em segurança sem propulsão, mas isso limitou as missões a pousos em uma faixa estreita ao redor do equador.

A Gateway vai estar mais alta, em um órbita oval ao redor da Lua chamada NRHO (sigla para órbita helicoidal quase retilínea, em inglês), que dará à Nasa a possibilidade de pousar onde quiser.

A estação não vai estar pronta para a missão em 2024. Mas a Orion poderia fazer uma parada em uma versão mais básica, formada por um módulo de energia e propulsão e um pequeno módulo de habitação para a tripulação.

Com o tempo, diz John Shannon, a Gateway poderia ser um "lugar onde você agrega toda a logística necessária para um veículo de transporte para Marte".

"Se tudo o que você quer é pousar no polo sul da Lua, não tenho certeza que a Gateway seria necessária", diz John Logsdon, da Universidade George Washington. "Mas o plano é um pouso em 2024 e um programa sustentável para 2028 – primeiro para a Lua e depois para Marte. E se você vai implementar esse programa, então a Gateway é um elemento importante."

Com os pés na Lua

Há quem defenda que foi o evento do século. Em 20 de julho de 1969, Neil Armstrong e Edwin "Buzz" Aldrin estavam se aproximando da Lua no módulo lunar (LM) em alta velocidade quando o LM começou a sair fora de curso, a 6 km do local de pouso planejado.

Nos 610 metros finais da descida automática, Armstrong olhou pelos visores e viu que a LM estava se dirigindo para uma grande cratera cercada por rochas do tamanho de carros. Pousar ali seria catastrófico.

Quando a LM estava a 152 metros do chão, Armstrong assumiu o controle manual da nave e a pilotou para além da cratera, pousando com segurança em uma área plana.

Pousos futuros precisarão ser mais seguros e precisos.

"Você vai precisa de sistemas de pouso autônomos muito mais capazes", diz Ken Gabriel, diretor do laboratório Draper, ligado ao MIT (Massachusetts Institute of Technology), em Boston. "Isso significa que a habilidade de fazer coisas como navegação de terreno, quando o jeito de saber onde você está na Lua é olhar para a superfície em tempo real, processar e o que você está vendo através dos sistema de câmera dos aterrisadores."

"Você precisa não apenas reconhecer onde está, mas calcular onde estará e quais os obstáculos que precisa evitar no caminho. Todas as coisas que Neil Armstrong fez com seus olhos e seu cérebro e suas mãos quando estava pousando na Lua, você vai precisa que os sistemas de câmera dos aterrisadores sejam capazes de fazer."

Quando os astronautas pousarem no polo sul da Lua, estarão usando trajes espaciais como o protótipo Z-2, que é projetado para dar ao usuário uma maior mobilidade que trajes anteriores, permitindo que os exploradores subam e desçam montanhas e se agachem para pegar rochas.

A decolagem da Lua também será um desafio. "Quando você está decolando da Terra, está saindo de um local fixo e conhecido", explica Seamus Tuohy, do laboratório Draper.

Na Lua, diz ele, tudo depende de onde você pousou e de como o veículo está posicionado.

O aterrisador que será usado em 2024 ainda não foi construído, e é o melhor exemplo de como há uma certa ansiedade na Nasa sobre o adiantamento da missão.

Mercado espAcial

E a questão não é apenas pousar na Lua – já há quem se prepare para todo um mercado lunar.

A empresa Astrobotic é uma das muitas que quer transportar itens para a superfície lunar.

Por um preço, começando em $ 450 para itens pequenos e aumentando para $ 1,2 milhões para itens mais pesados, como robôs, a Astrobotic vai levar pacotes particulares até a lua, usando um aterrisador robótico.

Na fila de consumidores interessados em comprar o serviço, há quem queira mandar cápsulas do tempo, instrumentos científicos, uma rocha do monte Everest e uma lembrança do Kennywood, um parque de diversões americano.

Ao prover serviços de entrega para consumidores privados e para a Nasa, empresas como a Astrobotic podem dar o primeiro passo para a construção de um mercado lunar sustentável.

"Podemos ter fornecedores no Espaço produzindo combustível de foguete, serviços e outros materiais. O investimento da Nasa ou da Agência EspAcial Europeia não precisa cobrir o custo de toda a infraestrutura", diz Philip Metzger, cientista planetário da Universidade da Flórida Central, em Orlando.

O turismo é provavelmente outra fonte de recursos. Em 2018, a empresa SpaceX, de Elon Musk, lançou os primeiros planos para levar passageiros privados para um voo ao redor da Lua em 2023. A data provavelmente não será essa, mas um bilionário japonês já pagou uma quantia não revelada para ir até lá no Big Falcon Rocket (Foguete Grande Falcão).

Em um futuro mais distante, turistas poderão pousar na superfície lunar e ficar hospedados por lá em módulos habitacionais. A empresa de serviços financeiros UBS estima que o turismo espacial será um mercado de $ 3 bilhões em 2030.

Mas a base da economia lunar provavelmente será a mineração de água de depósitos de gelo para a produção de combustível para foguete. Esses depósitos estão concentrados nos polos norte e sul da Lua, onde o interior de algumas crateras nunca vê a luz do sol.

Reabastecer os meios de transporte na Lua poderia diminuir o custo da viagem espacial e tornar um entreposto na lua mais acessível. Relatórios de 2018 sugerem que combustível de foguete pode ser produzido a um custo de $ 500 por quilo na superfície da Lua. É um valor 20 vezes mais barato do que transportar o combustível da Terra, o que custa cerca de $ 10 mil por kg.

No entanto, o professor da Universidade Estadual da Carolina do Norte, Paul K Byrne, afirma que a economia lunar vai demorar para se desenvolver. "Dá para ver para onde queremos ir. Mas vai demorar décadas para que isso seja remotamente viável de maneira comercial", diz ele. "Até lá, vai ser algo que os governos vão ter que financiar."

Vivendo na lua

A plano da missão Artemis vai culminar com o uso, em 2028, de uma base chamada Lunar Surface Asset (instalação da superfície lunar, em inglês).

Nos estágios iniciais de montagem da base na Lua, módulos infláveis feitos de múltiplas camadas de tecido podem ser a melhor opção.

Elas podem ser desinfladas, ocupando menos espaço na nave do que módulos rígidos, e fornecem mais espaço quando expandidas. A Agência Espacial Europeia e os arquitetos da Foster + Partners criaram um design híbrido, com um módulo habitável inflável de dois andares e um módulo rígido funcionando como entrada.

Para proteger esses ambientes contra queda de meteoritos e radiação, robôs poderiam imprimir em 3D proteções externas que fiquem sobre os módulos habitáveis. O solo lunar, ou regolito, poderia ser usado como material de construção. "É um modo de construção fácil, e pode ser feito rapidamente", diz Philip Metzger.

A longo prazo, bases poderiam ser subterrâneas, dentro de túneis naturais na rocha chamados tubos de lava. Isso daria uma proteção natural contra a radiação.

Um protótipo de estufa lunar já está sendo desenvolvido pela Universidade do Arizona. Verduras e legumes como alface, tomate e batata doce são cultivados sob luzes LED. É uma produção em um ambiente mais ou menos fechado, onde a água é reciclada. E as plantas contribuem para os sistemas de suporte à vida porque transformam gás carbônico em oxigênio.

Para ajudar os astronautas a explorar o terreno, a Nasa projetou um protótipo de "caminhão" de 12 rodas chamado SEV (Veículo de Exploração Espacial, em inglês).

Antes de poderem extrair água dos depósitos de gelo que existem nas crateras, é preciso avaliar o terreno. Depois que os depósitos forem identificados, robôs podem ser usados para extrair a água.

Energia vai ser um problema permanente nas crateras, já que elas ficam na sombra e recebem pouca luz. Uma das formas de obtê-la é concentrando a luz do sol usando espelhos colocados na borda da cratera. "Você pega um dos espelhos e mira no seu rover", explica John Thornton, diretor da empresa Astrobotic.

A maior parte da água seria transformada em combustível para foguete usando uma corrente elétrica para separar as moléculas de água em hidrogênio e oxigêni

Hannah Sargeant, da Open University, está trabalhando em uma ferramenta chamada ProSPA para a extração de água de rochas da superfície lunar. O ProSPA vai ser lançado em 2025 e um aterrissador robótico russo chamado Luna-27. Os experimentos da cientista com ilmenita são um modelo que abrem caminho para testes de extração de água na Lua com a ProSPA.

Cinquenta anos depois, as idas à Lua continuam sendo um símbolo poderoso do que pode ser alcançado quando mobilizamos nossos talentos e recursos para inspirar. A rivalidade com a União Soviética deu aos EUA um motivo durante a Guerra Fria, mas não foi duradoura. Uma vez que a corrida espacial foi vencida, o projeto Apollo continuou a existir por mais seis missões antes de ser cancelado.

O tempo dirá se as motivações para a exploração lunar do século 21 são mais robustas. "O melhor motivo para voltar à Lua é usá-la como um entreposto para ir além", diz Paul K Byrne, que cita Marte e asteroides como alvos válidos para exploração.

Nos últimos 15 anos, os destinos planejados pela Nasa mudaram da Lua para Marte, e depois de novo para a Lua. "O caminho tem sido tortuoso, mas é voltado para fora. Para recomeçar as viagens humanas dos EUA para além da órbita da Terra", diz John Logsdon.

Se Donald Trump perdeu a eleição de 2020, um governo democrata poderia cancelar o plano de voltar à Lua, mas Logsdon considera isso improvável. "Está mais difícil pensar que um novo governo iria cancelar o programa, considerando como ele ganhou impulso", diz ele.

No entanto, o programa especial para a Lua vai precisar de mais dinheiro. Para 2020, o governo Trump pediu um orçamento adicional de $ 1,6 bilhões para o Congresso. Mas a Nasa precisa de um orçamento extra de $ 6 bilhões a $ 8 bilhões por ano para desenvolver o Artemis, o que precisaria ser aprovado pelo Congresso. Um retorno para a Lua tem apoio dos dois lados do espectro político, mas muitos congressistas duvidam do prazo de 2024.

O governo cita as ambições lunares chinesas para justificar a data de 2024. Mas observadores afirmam que nações que têm interesse em exploração o espaço, como os EUA, a China e a Rússia, vão precisar coordenar seus esforços para lidar com questões legais incertas, como sobre quem tem direito aos recursos lunares.

"Eu acho que existe um grande risco de conflito geopolítico", diz Phil Metzger. "Se uma nação sozinha decidir criar uma indústria no espaço, então essa nação vai acabar tendo uma tremenda vantagem política, econômica e militar."

Ignorar o potencial dos recursos espaciais cria um vácuo de poder, diz ele. "O jeito ético de preenchê-lo seria o fazendo cooperativamente, internacionalmente, tentando garantir que toda a humanidade vai se beneficiar."

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