Depois de concluírem com êxito a missão à Lua, a tripulação da Artemis II prepara-se agora para regressar à Terra.
Durante o voo, os quatro astronautas bateram um recorde de distância em relação ao nosso planeta, atingindo um máximo de 406,771 quilómetros da Terra.
O regresso terminará com uma reentrada a alta velocidade - hipersónica e extremamente quente - na atmosfera terrestre, antes de a nave amarar no Oceano Pacífico, ao largo da Califórnia, por volta das 20h do dia 10 de abril (hora local).
Esta reentrada será o derradeiro obstáculo da impressionante missão de dez dias. Apesar dos riscos envolvidos, a nave foi concebida com um conjunto de tecnologias para proteger a tripulação.
Uma reentrada rápida da Artemis II
A cápsula Orion que transporta os astronautas da Artemis II chegará à atmosfera terrestre a mais de 11 km/s (40,000 km/h). Isto é 40 vezes mais rápido do que a velocidade a que viaja um avião comercial.
Pode ver uma transmissão em direto do regresso da tripulação aqui:
Se, em vez disso, olharmos para a energia cinética - a energia que um corpo possui devido ao seu movimento -, a cápsula Orion terá, no momento da reentrada, quase 2,000 vezes mais energia cinética por quilograma de veículo do que um avião de passageiros.
Tal como qualquer nave que regressa a casa, terá de abrandar e reduzir essa energia cinética para quase zero, de forma a permitir a abertura dos paraquedas e uma aterragem segura na Terra.
Para diminuir a energia cinética, as naves realizam uma reentrada controlada nas camadas superiores da atmosfera, usando o arrasto aerodinâmico como travão para desacelerar.
Ao contrário de um avião, que é normalmente desenhado para ser aerodinâmico e minimizar o arrasto (reduzindo assim o consumo de combustível), uma nave em reentrada faz precisamente o oposto: é propositadamente pouco aerodinâmica, para maximizar o arrasto e ajudar a travar.
Esta desaceleração durante a reentrada pode ser particularmente agressiva.
A desaceleração e a aceleração são, em geral, descritas em forças g - ou "g's", em abreviação. Trata-se da força de desaceleração (ou aceleração) dividida pela aceleração padrão associada à gravidade da Terra. Um piloto de Fórmula 1 pode sentir mais de 5 g's numa curva, o que se aproxima do máximo que um ser humano consegue suportar sem desmaiar.
Cápsulas pequenas e não tripuladas, como a cápsula da NASA OSIRIS-REx que trouxe amostras do asteroide Bennu, entram praticamente em queda na atmosfera e desaceleram muito rapidamente. Essas entradas acontecem num intervalo muito curto, em menos de um minuto. No entanto, as forças g podem ultrapassar 100 - aceitável para veículos robóticos, mas não para humanos.
Veículos tripulados, como a cápsula Orion da NASA, recorrem a forças de sustentação para tornar a entrada mais prolongada. Isto reduz as forças g para níveis mais suportáveis, permitindo a sobrevivência dos astronautas, e faz com que a reentrada dure vários minutos.
Uma reentrada muito quente
A cápsula Orion fará a reentrada deslocando-se a mais de 30 vezes a velocidade do som.
Uma onda de choque irá envolver a nave, gerando temperaturas do ar de 10,000°C ou mais - cerca de duas vezes a temperatura da superfície do Sol.
Este calor extremo transforma o ar que atravessa a onda de choque num plasma eletricamente carregado. O efeito bloqueia temporariamente os sinais de rádio, pelo que os astronautas ficarão sem comunicações durante as fases mais severas da descida.
Como garantir uma reentrada segura
As naves suportam um ambiente de reentrada tão severo graças a um desenho cuidadoso das trajetórias, procurando reduzir o aquecimento tanto quanto possível.
Além disso, o veículo leva um sistema de proteção térmica: na prática, uma “manta” isolante que protege a nave e a sua tripulação (ou carga) do escoamento hipersónico agressivo no exterior.
O sistema de proteção térmica é ajustado ao pormenor para cada veículo e para a sua missão. Os materiais capazes de resistir a mais calor são aplicados nas superfícies onde se espera o pior ambiente, e as espessuras também são calibradas com precisão.
Estes materiais são concebidos para incandescer (ficando ao rubro) e degradar-se durante a entrada - mas sem falhar. Esse brilho vermelho também ajuda a irradiar calor de volta para a atmosfera, em vez de permitir que seja absorvido pela nave.
É este rigor de engenharia que permite à Artemis atravessar ar a 10,000°C, mantendo uma temperatura máxima à superfície do escudo térmico de apenas cerca de 3,000°C.
A maioria das naves é protegida por materiais chamados ablativos. Em geral, são feitos de fibra de carbono e de um tipo de cola conhecida como resina fenólica.
Os escudos ablativos absorvem energia e libertam um gás relativamente frio para o escoamento junto à superfície do veículo, ajudando a baixar as temperaturas.
O material ablativo usado no escudo térmico da cápsula Orion chama-se AVCOAT. É uma versão do material que protegeu a cápsula Apollo no regresso da Lua no final da década de 1960 e no início da década de 1970.
Embora a missão Artemis I - um voo de teste não tripulado - tenha sido um grande sucesso, a ablação do escudo térmico durante a reentrada foi bastante superior ao previsto. Em alguns pontos, separaram-se grandes fragmentos de material do escudo.
Após inspeções e análises demoradas, os engenheiros decidiram, ainda assim, avançar com o mesmo tipo de escudo térmico na missão Artemis II.
Na avaliação da equipa, a Artemis I perdeu partes do escudo devido a uma acumulação de pressão no interior do material durante a fase de "skip" da entrada, em que a nave saiu momentaneamente da atmosfera para arrefecer antes de executar uma segunda entrada, na qual acabou por amarar.
Para a Artemis II, os engenheiros optaram por ajustar ligeiramente a trajetória, mantendo o uso de sustentação, mas com um "skip" menos marcado.
É notável ver o que a NASA e os astronautas já alcançaram nesta missão. Ainda assim, como muitos outros, ficarei aliviado quando os vir regressar em segurança e ser recebidos de volta na Terra.
Chris James, Professor Auxiliar, Centre for Hypersonics, School of Mechanical and Mining Engineering, The University of Queensland
Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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