• Começa Com Um Estrondo

Pergunte ao Ethan nº 55: Uma missão tripulada a Marte poderia abortar?

Se algo der errado, você poderia retornar à Terra?

Crédito da imagem: ISRO.

Às vezes me pego olhando para a Lua, lembrando-me das mudanças da sorte em nossa longa viagem, pensando nas milhares de pessoas que trabalharam para trazer nós três para casa. Olho para a lua e me pergunto, quando voltaremos e quem será? – Tom Hanks

Existem poucas ideias que excitam nossa imaginação tanto quanto viajar além dos laços terrestres da gravidade e sair para o Universo para os planetas e estrelas no grande além. Você tem enviado seu perguntas e sugestões como você sempre faz, e esta semana, tenho o prazer de voltar para as propostas que recebemos recentemente de Joan, que pergunta:

A Mars One poderia voltar no caminho se eles se arrependessem? A realidade iria definir em ver [ nosso] belo planeta azul fica menor enquanto eles se dirigem para um planeta tóxico morto ou se a radiação / ventos solares [foram] para descontroladamente [exceder] níveis seguros.

Imagine: você foi escolhido para a jornada de uma vida e descobre que será um dos primeiros membros da tripulação na primeira missão tripulada a Marte!

Crédito da imagem: Mars One, via http://www.swide.com/art-culture/science/mars-one-a-voyage-of-no-return-space-travel-settlement/2013/04/24 .

Nenhum humano jamais viajou mais longe da Terra do que a tripulação da Apollo 13, enquanto eles circulavam ao redor do lado mais distante da Lua perto do apogeu lunar, alcançando um distância máxima de 400.171 km acima da superfície da Terra em 15 de abril de 1970. Mas quando ocorrer o primeiro voo espacial tripulado para outro planeta, esse registro será estilhaçado , e em questão de dias.

Linha do tempo da missão Apollo 13. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons AndrewBuck .

A maneira como atualmente alcançamos outros mundos com nossa tecnologia atual – ou qualquer local remoto no Universo – envolve três etapas distintas:

1. O lançamento inicial, que supera a energia de ligação gravitacional da Terra e inicia nossa espaçonave com uma velocidade razoavelmente grande (da ordem de alguns km/s) em relação à Terra movimento de s em torno do Sol.
2. Correções de curso a bordo, onde quantidades muito pequenas de empuxo aceleram a espaçonave para sua trajetória ideal.
3. E a gravidade auxilia, onde usamos as propriedades gravitacionais de outros planetas em órbita ao redor do Sol para mudar a velocidade de nossa espaçonave, aumentando ou diminuindo sua velocidade a cada encontro.

É através da combinação dessas três ações que podemos chegar a qualquer local – se formos pacientes e planejarmos adequadamente – apenas com nossa tecnologia de foguetes atual.

Crédito da imagem: Frank G., via https://shufti.wordpress.com/2011/11/26/aaa-around-another-airport-2/ , do lançamento do Mars Science Laboratory em 2011.

O lançamento inicial é uma parte muito difícil agora. É preciso uma tremenda quantidade de recursos para superar a atração gravitacional da Terra, acelerar uma quantidade significativa de massa para a velocidade de escape da Terra e elevá-la até a atmosfera da Terra. Essas coisas devem acontecer todos juntos , e é por isso que falamos sobre nosso sonho de ter um elevador espacial, para que um dia possamos evitar de maneira fácil e confiável o desperdício de tanta energia e combustível simplesmente subindo acima da atmosfera.

Crédito da imagem: Kenn Brown, ilustrando o conceito de uma encarnação de um elevador espacial.

Até que isso se torne realidade, no entanto, terá que ser foguetes. E essa parte não é tão difícil; é apenas caro para a(s) carga(s) massiva(s) de que precisamos para chegar ao espaço se esperamos alcançar outro planeta.

Agora, quando falamos sobre uma missão tripulada a Marte, existem alguns planos diferentes por aí. O mais ideal para um mão única viagem a Marte, para aqueles que se perguntam, que minimiza tanto o tempo de voo quanto a quantidade de energia necessária, envolve simplesmente cronometrar seu lançamento corretamente.

Crédito de imagem: Winchell Chung de http://www.projectrho.com/public_html/rocket/mission.php .

Há uma janela de lançamento de aproximadamente dois meses que ocorre a cada 780 dias, onde a Terra ultrapassa Marte em sua órbita, onde o tempo de voo para Marte é só cerca de 243 dias: 8½ meses. A parte difícil é que, uma vez que você está no seu caminho, você está se movendo em velocidades incríveis e não está carregando muito combustível a bordo para corrigir sua trajetória.

Por que não?

Porque cada quilo extra de combustível que você carrega significa que é muito mais caro lançar seu foguete, e também significa que há muito menos espaço de armazenamento e capacidade para se dedicar a alimentos, água e outros suprimentos. Como consequência, há muito menos espaço para erros. Se a infame missão Apollo 13 não tivesse planejado pousar na Lua, decolar para se reconectar ao módulo de comando e retornar à Terra, eles nunca teriam combustível suficiente para fazer as correções de curso necessárias para voltar para casa.

Crédito da imagem: Mecânica Popular, via http://www.popularmechanics.com/science/space/moon-mars/4317016 .

Se você estiver a caminho de Marte e, de repente, decidir que precisa voltar à Terra, usar o combustível de bordo para mudar seu curso e voltar para casa simplesmente não seria uma opção: em termos de combustível, é muito caro. Em outras palavras, Joan, para responder a uma de suas perguntas, se era a radiação que estava matando você – algo com o qual podemos ter que nos preocupar, pois nunca tivemos humanos gastando muito tempo tão longe longe do campo magnético protetor da Terra - você simplesmente vai morrer .

Mas se o tempo não fosse um problema, porque você tinha comida, água e suprimentos necessários para sobreviver, e você tinha todo o combustível que precisava para conseguir para Marte, você teria a chance de voltar para casa. Isso pode ser de vital importância para uma missão como a que você menciona – Marte Um – porque do jeito que está planejado atualmente, é uma missão suicida.

Crédito da imagem: Mars One / Bryan Versteeg.

Quando você vai de um planeta interior (Terra, por exemplo) para um exterior (como Marte), você precisa realizar uma Transferência Hohmann , o que basicamente significa que você precisa aumentar sua velocidade na quantidade certa no momento certo para aumentar sua distância do Sol, ao mesmo tempo em que atinge a velocidade final certa para encontrar seu planeta de destino. Em circunstâncias de pouso, você realizaria outra mudança de velocidade para começar a descer na atmosfera do planeta de destino, e é isso que planejamos se tentarmos pousar em Marte.

Na verdade, já fizemos isso com sucesso várias vezes!

Crédito da ilustração: NASA / JPL-Caltech, da descendência do Mars Science Laboratory.

Mas e se precisássemos abortar e quiséssemos voltar para casa? Há um efeito fantástico que falei anteriormente: usar a gravidade de um planeta para mudar a trajetória de uma espaçonave. Ou seja, mudar sua direção e também sua velocidade!

Você pode pensar na conservação da energia e se perguntar como isso é possível. Afinal, para cada ação, há uma reação igual e oposta, então como podemos simplesmente ter um planeta e uma espaçonave interagindo gravitacionalmente e fazer uma espaçonave se mover em uma velocidade tão diferente? A resposta é que também temos um terceiro corpo: o Sol!

Crédito da imagem: usuário da NASA / Wikimedia commons Timecop .

Crédito da imagem: NASA / JPL Horizons Ephemeris System, via usuário do Wikimedia Commons Ovos de Python .

Quando um planeta orbita o Sol, há muita energia nesse sistema, tanto energia gravitacional quanto energia cinética. Quando um terceiro corpo também interage gravitacionalmente, ele pode ganho alguma energia roubando-a do sistema Sol-planeta, ou pode perder energia, entregando-a ao sistema Sol-planeta. A quantidade de energia realizada pelos propulsores da espaçonave geralmente é apenas 20% (ou menos) da energia ganha ou perdida da interação!

Foi assim que naves espaciais como a Messenger da NASA chegaram a orbitar o planeta Mercúrio, desistindo de tanta energia em encontros gravitacionais, e como outras naves espaciais como as Voyagers e Pioneers acabaram saindo do Sistema Solar!

Crédito da imagem: Hazmat2 da NASA e do Wikimedia Commons.

Então, se você estava a caminho de Marte e queria voltar, sua única realista opção, com a quantidade esperada de combustível com a qual você equiparia sua espaçonave, seria usar a gravidade do planeta vermelho para se voltar para a Terra, o que resultaria em um tempo total de ida e volta de cerca de400 a 450 dias. Sem qualquer infraestrutura interplanetária, esse é o melhor você pode esperar.

Crédito da imagem: Inspiration Mars Foundation.

E embora essa não seja necessariamente a resposta que você queria, essa é a resposta que as leis da gravitação combinadas com os limites da tecnologia atual permitem. Mas tenha coragem! A dose máxima de radiação ao longo da vida para um astronauta da NASA é calculada em 1 Sievert, e mesmo uma viagem de ida e volta de 450 dias, até Marte, seria de apenas 0,66 Sieverts. Então, é isso provável não será o fator limitante, mas até que as missões tripuladas a Marte levem a sério a sobrevivência a longo prazo, você não vai me pegar me inscrevendo tão cedo. Um ano no deserto do Arizona foi o mais perto que eu jamais quis chegar de pisar em Marte!

Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/MSSS. Este é Marte e não Arizona, mas você poderia realmente dizer?

Se você perceber isso cedo o suficiente, antes mesmo de disparar seus propulsores para sair da órbita da Terra e em direção a Marte em primeiro lugar, você poderia simplesmente fazer uma elipse e voltar para casa; esta seria a opção ideal se algo desse errado na decolagem. Se você planeja usar assistências gravitacionais da Terra, terá algumas chances antes que a janela final se feche nessa opção.

Crédito da imagem: ISRO.

Mas muito mais tarde do que isso, e você vai ter um muito mais longe antes que você tenha qualquer esperança de voltar! Obrigado por uma ótima pergunta, Joan, e se você quiser que sua pergunta apareça no próximo Ask Ethan, envie seu perguntas e sugestões aqui!

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