Amanhã é o grande dia: o rover Curiosity levanta voo. Mas transportá-lo até ao Planeta Vermelho tem mais que se lhe diga, não basta só colocá-lo a bordo de um foguetão Atlas V e apontar na direcção de Marte. A navegação da nave é uma ciência muito precisa e constante, e, em termos mais simples, acarreta a determinação da posição contínua da nave ao longo da viagem e a manutenção do seu percurso até ao destino desejado.
Além do mais, de acordo com o líder da equipa de navegação do rover, Tomas Martin-Mur, o único modo de transportar o Curiosity até Marte é fazendo com que a sua concha esteja sempre a olhar no "espelho retrovisor" para a Terra. "O que fazemos é 'conduzir' a nave usando dados da DSN (Deep Space Network)", afirma Martin. "Se pensarmos nisso, nunca vemos Marte. Não temos uma câmara de navegação óptica ou quaisquer instrumentos do género para ver ou sentir Marte. Estamos viajando para Marte, sempre olhando de volta para a Terra, e com medições terrestres somos capazes de atingir Marte com uma precisão muito alta."
Esta alta precisão é muito importante porque o Curiosity usa um novo sistema de entrada, descida e aterragem, que permitirá ao rover aterrar com uma maior precisão do que outros rovers e "landers". "É incrivelmente complicado, e embora seja parecido ao que já fizemos com os rovers Spirit e Opportunity, desta vez temos um maior nível de precisão," afirma Martin-Mur. "Isto permite-nos aterrar num lugar muito excitante, a cratera Gale."
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A antena de 70 metros da DSN em Madrid, Espanha.
Crédito: Hector Blanco de Frutos
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Na Terra, conseguimos descobrir constantemente onde estamos com a ajuda de um GPS - que está nos nossos telemóveis ou em equipamentos de navegação. Mas não existe GPS em Marte, por isso o único modo do rover aterrar precisamente na zona desejada - e assim passar por um ponto específico da sua atmosfera - requer que a equipa de navegação saiba exactamente onde a nave se encontra e que lhe comuniquem exactamente onde está. Usam a DSN para essas determinações desde o lançamento e durante todo o caminho até Marte. A Deep Space Network é uma rede de antenas de comunicação extremamente sensíveis, em três locais do planeta Terra: Goldstone, EUA; Madrid, Espanha; e Canberra, Austrália. Esta colocação estratégica com uma separação aproximada de 120º na superfície da Terra permite uma observação constante da sonda à medida que o planeta gira.
Claro, não é fácil enviar o foguetão de ponto A até ao ponto B dado que os planetas não estão fixos no espaço. Os navegadores precisam de ultrapassar os desafios de calcular as velocidades exactas e orientações de uma Terra em rotação, de um Marte em rotação, bem como de uma nave móvel e em rotação, e simultaneamente com as suas próprias órbitas em torno do Sol. E existem ainda outros factores, como a pressão da radiação solar e os puxos dos motores, que precisam de ser calculados com precisão.
Martin-Mur disse que embora o Curiosity seja muito maior e tenha uma concha maior que as missões do Spirit e Opportunity, as ferramentas e cálculos de navegação não são muito diferentes. E, em alguns aspectos, a navegação do Curiosity é mais fácil. "O foguetão Atlas V permite-nos um lançamento muito mais preciso e pode pôr-nos num percurso muito mais preciso do que os foguetões usados pelo Spirit e Opportunity, um Delta II," acrescenta. "Usamos proporcionalmente menos combustível por quilo, do que os rovers gémeos."
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O topo do foguetão Atlas V, já com a sua preciosa carga, o rover Curiosity.
Crédito: NASA/Kim Shiflett
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A concha e os rovers pesavam na sua totalidade cerca de uma tonelada, enquanto o Curiosity soma 4 toneladas. O Curiosity transporta com ele 70 kg de combustível para a viagem espacial, enquanto o Spirit e o Opportunity usaram cada um cerca de 42 kg. Curiosamente, quando a nave do Curiosity descer pela atmosfera de Marte e aterrar, vai usar cerca de 400 kg de combustível.
Martin-Mur refere que agora existem medições e efemérides planetárias mais precisas, graças ao VLBI (Very Long Baseline Interferometry), o que permite uma melhor navegação e uma entrada atmosférica mais detalhada, para que a nave se encontre dentro dos parâmetros com que foi desenhada para operar.
Navegação durante o lançamento
Tudo começa com anos de preparação e cálculos pela equipa de navegação, que tem que calcular todas as trajectórias possíveis para Marte, dependendo da altura exacta em que o foguetão Atlas V descola com o rover a bordo.
Nalguns casos existem literalmente milhares de oportunidades de lançamento e todas as trajectórias possíveis têm que ser calculadas com extrema precisão. A missão Juno, por exemplo, teve janelas de lançamento diárias com a duração de duas horas, entre 3300 possíveis oportunidades. Para o Curiosity, as janelas diárias contêm oportunidades de lançamento em incrementos de 5 minutos. Ao longo do período de lançamento, 24 dias, a equipa calculou 489 trajectórias diferentes para todas as possíveis janelas de lançamento. E, no fim, vão acabar por usar apenas uma.
"Isto não é algo que se faça rapidamente - temos que preparar os cálculos com bastante antecedência, para termos tempo para rever e testá-los," afirma Neil Mottinger, da equipa de navegação do rover, que trabalha no JPL desde 1967. Trabalhou na navegação de muitas outras missões como as Mariner, Voyager, os rovers gémeos, e várias missões internacionais. "A função inicial da navegação durante o lançamento é determinar a trajectória real da nave, para que o sinal emitido por ela esteja bem dentro dos limites das antenas da DSN," afirma Mottinger.
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Impressão de artista do veículo de lançamento Atlas V, que transporta o rover Curiosity.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
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O Curiosity (também chamado de MSL, ou Mars Science Laboratory) irá separar-se do foguetão cerca de 44 minutos após o lançamento, seguido constantemente pelos navegadores. Mottinger adiciona que sem as capacidades de comunicação da DSN, não haveria missões planetárias. "A equipa de navegação faz o que é preciso para ter a certeza que não existe falhas na comunicação," afirma. "Durante as primeiras 6-8 horas não há tempo de descanso, até que seja determinada a posição exacta da nave." Basta olhar para os recentes problemas com a missão Phobos-Grunt, para nos apercebermos quão difícil é seguir e comunicar com uma nave recém-lançada.
Correcções a meio da viagem
Novamente, a equipa de navegação modelou e calculou todas as manobras e queimas de combustível para a missão. Assim que o MSL esteja a caminho de Marte, a equipa de navegação revisita todos os seus modelos e desenha as manobras para colocar a nave na posição ideal para a entrada em Marte. "Vamos continuar a fazer determinações orbitais e a re-desenhar as manobras da nave," afirma Martin-Mur. "Os motores têm o mesmo tamanho que os da concha dos rovers gémeos - mas a nossa nave é quase quatro vezes mais pesada, por isso as manobras demoram muito mais tempo - algumas levam horas."
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Impressão de artista da nave que contém o Curiosity durante a sua viagem até Marte.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
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Para a navegação interplanetária, os engenheiros usam quasares distantes como marcos no espaço para referência da posição da nave. Os quasares são incrivelmente brilhantes, mas estão a distâncias tão colossais que não se movem no céu como as estrelas. Martin-Mur tem uma lista de quase 100 quasares diferentes, que poderão ser usados para este propósito, dependendo da posição da nave. "É interessante," realça Martin-Mur, "com os quasares, utilizamos algo que está a milhares de milhões de anos-luz de distância, tão velhos que podem já não existir. É realmente impressionante usar um objecto que pode já não existir, usá-los para navegação muito precisa."
A equipa de navegação também precisa de modelar a pressão da radiação solar - o efeito que a radiação do Sol tem na nave. "Sabemos muito bem onde Marte irá estar e onde a Terra e o Sol estão," afirma Martin-Mur. "Mas dado que a nave ainda não esteve no espaço, o que não se sabe com precisão é o efeito da radiação solar nas propriedades da nave, e como este irá perturbá-la. Se não temos um bom modelo para isto, podemos falhar Marte por centenas de quilómetros."
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Impressão de artista da concha com o rover Curiosity aproximando-se de Marte. A sua chegada está prevista para Agosto de 2012.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
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Chegando a Marte
À medida que a nave se aproxima de Marte, é muito importante saber a sua posição exacta. "Precisamos de navegá-la precisamente para o ponto de entrada correcto," afirma Martin-Mur, "e dizer-lhe onde deverá entrar, para que seja capaz de seguir o seu caminho até ao local de aterragem previsto."
O instrumento MEDLI do Curiosity (MSL Entry Descent and Landing Instrumentation) irá enviar dados para a Terra à medida que a nave entra na atmosfera, permitindo com que os navegadores - e a equipa científica - saibam precisamente onde é que o rover aterrou.
Só aí é que a equipa de navegação será capaz de respirar de alívio - talvez.
Links:
Notícias relacionadas:
SPACE.com
Deep Space Network:
NASA
Wikipedia
Rover Curiosity (MSL):
NASA
NASA - 2
Wikipedia
Rovers marcianos da NASA:
Página oficial
Wikipedia
Marte:
Núcleo de Astronomia do CCVAlg
Wikipedia |
