Sobre os sistemas de entrada na NASA
Se você olhar pela janela de uma espaçonave
entrando na atmosfera de um planeta, a única visão seria uma parede de fogo.
Para a reentrada na atmosfera terrestre, as espaçonaves precisam suportar
temperaturas de até 7.000 graus Fahrenheit (cerca de 3.700 graus Celsius),
causadas pela compressão de gases e partículas de ar contra a superfície da
espaçonave. Elas também precisam ser projetadas para voar em velocidades
hipersônicas e, por fim, sofrer uma enorme desaceleração para um pouso seguro.
A área de pesquisa conhecida como sistemas de
reentrada utiliza escudos térmicos, paraquedas, softwares e outros recursos
para trazer uma espaçonave das profundezas do espaço em segurança através da
atmosfera de um planeta. O papel da NASA é projetar tecnologias e materiais que
mantenham os astronautas e as cargas úteis em segurança durante uma das fases
mais dinâmicas e perigosas dos voos espaciais. Como as espaçonaves não retornam
apenas à Terra, mas têm outros destinos como Marte e Vênus, cada missão requer
tipos específicos de proteção para atender às necessidades da missão.
Papel e instalações de Ames
Desde 1961, o Centro de Pesquisa Ames da NASA, no
Vale do Silício, Califórnia, tem sido pioneiro em sistemas de reentrada.
Baseando-se na teoria do corpo rombudo de H. Julian Allen –
que permanece como fundamento do projeto de cápsulas espaciais até hoje – Ames
desenvolveu as instalações e a expertise para liderar essa área de pesquisa e
desenvolvimento para a NASA. O projeto, os testes e a colaboração do centro com
a indústria em sistemas de reentrada são elementos vitais da estratégia da
agência para a exploração espacial.
Saber mais:
Divisão de Sistemas de Entrada e Tecnologia
Desenvolvimento de Materiais de Proteção Térmica
Ames inventou uma variedade de materiais e designs
diferentes para escudos térmicos. Esses materiais incluem o Avcoat,
originalmente desenvolvido para o programa Apollo e agora usado novamente no
escudo térmico da cápsula tripulada Orion, e o Ablator de Carbono Impregnado
com Fenólico, ou PICA. Desenvolvido originalmente na década de 1990, o PICA tem
servido como um material fundamental para escudos térmicos, ainda utilizado
atualmente.
A colaboração com a iniciativa privada também tem
apoiado o desenvolvimento de escudos térmicos para parceiros comerciais, como a
variante PICA-X projetada pela SpaceX. O Centro de Pesquisa Ames continua a
expandir os limites das tecnologias de escudos térmicos, com projetos de
implantação inovadores e materiais mais protetores para permitir viagens
seguras pelo nosso sistema solar em futuras missões tripuladas e não
tripuladas.
Design de proteção térmica
O escudo térmico é a primeira linha de defesa na
proteção da espaçonave, e o uso dos materiais corretos é essencial. Mas qual
deve ser o formato exato do escudo térmico? Qual a sua espessura? Qual a área
da espaçonave que ele precisa cobrir? Ao longo dos anos, o Centro de Pesquisa
Ames desenvolveu diversos sistemas de proteção térmica para trazer missões de
volta à Terra vindas de praticamente qualquer destino.
Os escudos térmicos projetados pelo Ames foram
utilizados em diversas missões, incluindo as missões Apollo, o Mars Science
Laboratory, a missão Mars 2020 e muitas outras. Para missões de retorno de
amostras, os escudos térmicos são ainda mais importantes para proteger amostras
preciosas de material do espaço. A cápsula de retorno da missão Stardust,
projetada no Ames, recuperou partículas da cauda de um cometa e as trouxe de
volta à Terra em 2006, tornando-se o objeto feito pelo homem mais rápido a
entrar na atmosfera terrestre, a 46.000 quilômetros por hora.
Instalações do Arc Jet
Para garantir que esses materiais e projetos sejam
eficazes, os pesquisadores de Ames simulam a entrada atmosférica em solo por
meio de testes. Instalações especializadas dentro do Complexo de Jatos de Arco
de Ames simulam o aquecimento aerotermodinâmico que uma espaçonave sofre
durante a entrada atmosférica hipersônica em planetas, além de testar
potenciais materiais de proteção térmica. Nessas instalações, câmaras simulam
as condições de entrada criando artificialmente um gás dissociado a
temperaturas mais altas que a superfície do Sol e lançando-o em alta velocidade
contra modelos de teste de escudo térmico para verificar seu desempenho. Isso
permite que os pesquisadores simulem o que o escudo térmico enfrentará durante
a entrada, fornecendo dados para aprimorar e certificar projetos.
Modelagem e Simulações
Além disso, modelos e simulações para reentrada
atmosférica são tecnologias essenciais para garantir o sucesso da missão diante
de condições tão extremas. O Centro de Pesquisa Ames utiliza seus recursos de
supercomputação, em conjunto com sua expertise local em sistemas de reentrada,
para aplicar modelagem preditiva e examinar rigorosamente os processos físicos
e químicos que ocorrem durante a reentrada. Essas ferramentas computacionais
também podem auxiliar na modelagem aerodinâmica e aerotermodinâmica básica,
identificando e solucionando desafios técnicos e contribuindo para simulações
de orientação, navegação e controle. Testes físicos são necessários para
compreender as características únicas de funcionamento de diferentes materiais
e projetos, mas, com esse conhecimento, muitas variáveis podem ser modeladas
em computadores para a realização de testes virtuais. Tanto os testes físicos
quanto os simulados são necessários para identificar e corrigir falhas nos
projetos dos sistemas de reentrada muito antes de serem utilizados para
proteger cargas úteis e astronautas dos perigos das condições atmosféricas.
Exemplos em destaque
Especialização em sistemas de entrada para os
programas Artemis e de tripulação comercial.
Empresas privadas já desempenham um papel
fundamental no programa espacial americano, transportando pesquisas essenciais ,
suprimentos e outras cargas para a Estação Espacial Internacional por meio
de contratos de serviços comerciais de reabastecimento
. Nesta próxima fase, as parceiras comerciais Boeing e SpaceX
transportarão humanos, como um táxi ou um ônibus urbano, levando pessoas ao seu
destino e trazendo-as de volta. O objetivo da NASA é se tornar um cliente entre
muitos em uma economia robusta na órbita baixa da Terra ,
permitindo que a agência realize a próxima geração da exploração espacial
humana por meio do programa Artemis , rumo à Lua e a Marte. Levar
humanos ao espaço e trazê-los de volta em segurança é uma atividade
verdadeiramente especializada. As empresas que constroem uma indústria espacial
comercial frequentemente recorrem à NASA em busca de instalações e habilidades
exclusivas necessárias para realizar esse trabalho. Em Ames, nossos túneis de
vento recebem modelos de espaçonaves comerciais e os bombardeiam com ar para
verificar como os projetos se comportarão em voo. Esse trabalho ajudou a
aprimorar os sistemas de ascensão e aborto de lançamento dessas espaçonaves,
utilizando a experiência adquirida com o desenvolvimento da espaçonave
tripulada Orion e do foguete Space Launch System (SLS) da NASA. Para garantir
que as espaçonaves possam retornar à Terra, o Complexo de Jatos de Arco do
Centro de Pesquisa Ames simula o calor intenso gerado durante a reentrada na
atmosfera terrestre. Seja desenvolvendo seus próprios materiais para o escudo
térmico ou utilizando os projetos da NASA, testar seu desempenho em
temperaturas extremas garante que estejam à altura da tarefa. Esses testes são
complementados e reforçados por simulações virtuais realizadas nos
supercomputadores da NASA.
Saber mais :
Da decolagem ao pouso, a NASA e a Boeing trabalham juntas
para lançar voos tripulados comerciais.
Contribuições
de Ames para as missões comerciais tripuladas da SpaceX
Artemis, o retorno da humanidade à Lua
HEEET
A Tecnologia de Escudo Térmico para Ambientes de
Entrada Extremos, também conhecida como HEEET, é um sistema para proteger uma
sonda contra o calor extremo gerado durante a passagem pela atmosfera de um
planeta. O HEEET utiliza um material tecido tridimensional de dupla camada,
capaz de reduzir as cargas de entrada e diminuir a massa dos escudos térmicos
em até 40%. A camada externa, exposta ao ambiente hostil durante a reentrada
atmosférica, consiste em um tecido fino e denso feito com fios de carbono. A
camada interna é um tecido isolante térmico de baixa densidade, composto por um
fio especial que combina carbono e materiais fenólicos. As camadas externa e
interna são tecidas juntas em três dimensões, interligando-se mecanicamente
para que não se separem. O desenvolvimento do HEEET já está concluído e pronto
para ser usado em futuras missões. Atualmente, é o material que será utilizado
no Veículo de Reentrada Terrestre da nossa nova Campanha de Retorno de Amostras
de Marte.
Saber mais :
O que é HEEET?
Retorno da amostra de Marte
ADEPT
A Tecnologia de Posicionamento de Entrada Adaptável
e Desdobrável (ADEPT, na sigla em inglês) é um dispositivo dobrável que se abre
para formar um escudo térmico rígido e circular, chamado de aeroshell. Essa
tecnologia revolucionária poderia permitir a inserção de um escudo térmico em
um foguete com diâmetro maior que o próprio foguete. O projeto poderá, um dia,
transportar cargas úteis muito maiores para superfícies planetárias do que é
possível atualmente. Os aeroshells reduzem a velocidade das espaçonaves durante
a reentrada e as protegem do calor. A ADEPT poderá ser fundamental para futuras
missões da NASA que exigem aeroshells extragrandes para proteger espaçonaves
destinadas a pousar na superfície de outros planetas, sem a necessidade de
foguetes maiores. O design mecânico do aeroshell, semelhante a um guarda-chuva,
utiliza uma camada flexível de tecido de carbono tridimensional esticada sobre
nervuras e suportes desdobráveis, que se tornam rígidos quando totalmente
desdobrados. A camada de tecido de carbono serve tanto como superfície
estrutural quanto como escudo térmico.
Saber mais:
Explorando o Sistema Solar? Talvez você precise levar um
guarda-chuva.
Projeto de Modelagem de Sistemas de Entrada
O projeto de Modelagem de Sistemas de Entrada
desenvolve novas abordagens para prever com precisão o ambiente aerotérmico de
reentrada de espaçonaves e simular a resposta do sistema de proteção térmica a
esse ambiente. Essas previsões são feitas usando softwares complexos que são
amplamente validados com base em dados de testes. À medida que as capacidades
do software melhoram, a incerteza nas previsões é reduzida, o que se traduz em
uma redução de riscos para as missões e, possivelmente, em uma redução da massa
do sistema para determinadas classes de missão.
Saber mais:
Modelagem de Sistemas de Entrada
