Escudo de proteção térmica, 'freio' e paraquedas: saiba tudo sobre a volta dos astronautas da Nasa

Após concluir com sucesso sua missão de sobrevoo da Lua, a tripulação da Artemis II volta à Terra nesta sexta, dia 10. Os quatro astronautas estabeleceram um novo recorde de distância percorrida pelo homem a partir da Terra, atingindo uma distância máxima de 406.771 quilômetros do nosso planeta.

A viagem de volta culminará em uma reentrada na atmosfera terrestre em alta velocidade, hipersônica e extremamente quente, antes que a espaçonave amerisse (pouse no mar) no Oceano Pacífico, perto da costa da Califórnia (EUA), por volta das 21h (horário de Brasília).

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A reentrada será o último desafio que a tripulação terá de enfrentar em sua épica missão de dez dias. Ela traz muitos perigos - mas a espaçonave está equipada com uma série de tecnologias para manter os astronautas em segurança.

Uma reentrada veloz

A cápsula Órion que transporta os astronautas da Artemis II estará viajando a mais de 40.000 km/h quando atingir a atmosfera terrestre. Isso é 40 vezes mais rápido do que a velocidade máxima de um jato comercial de passageiros.

Se considerarmos a energia cinética, a energia que um objeto tem por causa de seu movimento, durante a reentrada a cápsula Órion terá quase 2 mil vezes mais energia cinética por quilo de veículo do que um jato de passageiros.

Como qualquer espaçonave voltando à Terra, ela terá de desacelerar e reduzir sua energia cinética a quase zero para que os paraquedas possam ser acionados e ela possa chegar em segurança.

As espaçonaves reduzem sua energia cinética realizando uma reentrada controlada pela atmosfera superior da Terra, onde utilizam o arrasto aerodinâmico como um freio para desacelerar.

Ao contrário de um avião, que geralmente é projetado para ser aerodinâmico e minimizar as forças de arrasto a fim de reduzir o consumo de combustível, as naves espaciais em reentrada fazem o oposto. Elas são projetadas para serem o menos aerodinâmicas possível, a fim de maximizar o arrasto e ajudá-las a desacelerar.

E essa desaceleração durante a reentrada pode ser extremamente violenta.

A desaceleração e a aceleração são geralmente discutidas em termos de forças g. Trata-se da força de desaceleração ou aceleração dividida pela aceleração padrão que todos sentimos por causa da gravidade da Terra. Um piloto de Fórmula 1 experimenta mais de 5 g ao fazer curvas, o que se aproxima das forças g máximas que um ser humano pode suportar sem desmaiar.

Pequenas cápsulas de reentrada não tripuladas, como a OSIRIS-REx, da Nasa, que trouxe amostras do asteroide Bennu, simplesmente mergulham na atmosfera e desaceleram rapidamente. Essas entradas ocorrem muito rapidamente, em menos de um minuto. Mas as forças g nesse caso podem chegar a mais de 100 - o que é adequado para veículos robóticos, mas não para seres humanos.

Veículos tripulados, como a cápsula Órion, usam forças de sustentação para desacelerar a entrada a tempo. Isso reduz as forças g a níveis mais controláveis, nos quais os humanos podem sobreviver, e faz com que a reentrada dure vários minutos.

Garantindo uma reentrada segura

Naves espaciais sobrevivem ao ambiente extremamente hostil da reentrada graças ao planejamento cuidadoso de suas trajetórias, que minimizam o aquecimento tanto quanto possível.

A nave também tem um sistema de proteção térmica. Trata-se, na prática, de uma manta isolante que protege a nave espacial e sua tripulação ou carga do fluxo hipersônico extremo que ocorre no exterior.

O sistema de proteção térmica é projetado especificamente para o veículo e sua missão. Materiais capazes de suportar mais calor são aplicados nas superfícies onde se espera que o ambiente seja mais severo, e as espessuras também são ajustadas com precisão.

Esses materiais são projetados para ficar incandescentes e se degradar durante a reentrada - mas eles sobreviverão. O brilho incandescente também irradia calor de volta para a atmosfera, em vez de permitir que ele seja absorvido pela espaçonave.

É graças a esse projeto preciso que a Artemis consegue atravessar o ar a 10.000°C, mantendo uma temperatura máxima da superfície do escudo térmico de "apenas" cerca de 3.000°C.

A maioria das naves espaciais é protegida por materiais chamados ablativos. Estes são geralmente feitos de fibra de carbono e um tipo de cola conhecida como resina fenólica. Esses escudos térmicos ablativos absorvem energia e injetam um gás relativamente frio no fluxo ao longo da superfície do veículo, ajudando a resfriar tudo.

O material do escudo térmico ablativo usado na cápsula Órion é chamado de AVCOAT. Trata-se de uma versão do material que protegeu as cápsulas das naves do programa Apollo quando elas retornaram da Lua nas missões entre o final da década de 1960 e o 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 muito maior do que o esperado. Grandes pedaços de material se separaram do escudo térmico em alguns pontos.

Após longas inspeções e análises, os engenheiros decidiram seguir em frente com o mesmo tipo de escudo térmico na missão Artemis II. Eles acreditam que a Artemis I perdeu pedaços de seu escudo térmico por causa de um aumento de pressão dentro do material durante a parte de "salto" de sua entrada, quando a espaçonave saiu da atmosfera para esfriar antes de realizar uma segunda entrada, quando pousou.

Para a Artemis II, os engenheiros decidiram, em vez disso, modificar ligeiramente a trajetória para continuar usando a sustentação, mas incluir um "salto" menos definido.

É incrível ver o que a Nasa e os astronautas alcançaram nesta missão até agora. Mas, como muitos outros, ficarei mais aliviado quando os vir sendo recebidos em segurança de volta à Terra.

Este conteúdo foi publicado originalmente em The Conversation. Para ler o texto original, .