Introdução
O filme de ficção "2001: uma odisséia no espaço", de 1968, mostrou que os seres humanos fariam grandes avanços na exploração do nosso sistema solar a partir do século XXI: em 2001, Marte já teria sido alcançado e já haveria missões tripuladas para Júpiter.
Ainda hoje, missões tripuladas a Marte permanecem como uma meta de alcance muito longo e Júpiter só pode ser visitado em filmes.
Foto cedida pela NASA
Clique na imagem para ver um vídeo do lançamento da Mars Odyssey, por meio de uma câmera montada no foguete (requer plugin do Real Player)
Entretanto, a NASA homenageou o impacto que o livro de Arthur C. Clarke e o filme de Stanley Kubrick tiveram nomeando a sua missão de 2001 como 2001: Mars Odyssey (site em inglês). A espaçonave Mars Odyssey viajou por mais de seis meses antes de entrar em órbita em volta do planeta vermelho, em outubro de 2001. Seu principal objetivo era rastrear a superfície do planeta para descobrir sua composição e se havia água ou gelo por lá. Essa é uma questão importante porque, se existir água, isso significa que Marte pode abrigar vida. Também seria muito útil aos astronautas poderem ir a Marte algum dia.
Foto cedida pela NASA
A Mars Odyssey Orbiter, planejada para circular em volta de Marte por dois anos procurando água e analisando os elementos do planeta
Marte continua a nos fascinar e a NASA continua a avançar em sua meta de enviar uma missão tripulada para lá neste século. Neste artigo, examinaremos essa etapa crucial. Você também saberá como a espaçonave Mars Odyssey alcança Marte e como ela examina e determina a composição dos elementos do planeta. espaçonave Fatos da Mars Odyssey
Data de lançamento - 7 de abril de 2001
Data de chegada - 23 de outubro de 2001
Peso - 758 kg
Custo - US$ 135 milhões
Missão - estudo de dois anos sobre a composição e radiação em Marte
Há ou não água em Marte? Recentemente, foram publicados relatórios que dão apoio a ambos os lados do debate. Eis alguns artigos, em inglês, sobre o assunto:
Space Daily: Marte foi sempre um mundo seco?
Space.com: descoberta de água aumenta as chances de vida em Marte
CNN: evidências visuais sugerem mananciais em Marte
Esse tipo de sonda interplanetária está surpreendendo no modo como coleta os dados e retransmite essas informações por milhões de quilômetros de volta para Terra.
Foto cedida pela NASA
Os diversos componentes da Mars Odyssey Orbiter
A Mars Odyssey Orbiter está equipada com três instrumentos científicos que são usados para explorar a superfície e a atmosfera marcianas. Vamos conhecer cada um deles.
Espectrômetro de raios gama (GRS) - este dispositivo mede exatamente a quantidade de hidrogênio que existe na camada superior (de 0,9 m do solo do planeta). A quantidade de hidrogênio encontrada dá aos cientistas evidências acerca da existência de água em Marte.
Sistema de imagens por emissão térmica (THEMIS) - este instrumento identifica tipos de rochas e de minerais na superfície do planeta e procura traços de atividade hidrotermal. As informações coletadas pelo THEMIS ajudam a determinar locais para pouso seguro em missões futuras.
Experimento de radiação no ambiente marciano (MARIE) - os cientistas estão curiosos sobre a quantidade de radiação a que os seres humanos estarão expostos durante uma possível missão tripulada. O MARIE coleta dados sobre a radiação no planeta.
Missão a Marte
Em 7 de abril de 2001, a Mars Odyssey Orbiter decolou do Cabo Canaveral, na Flórida, a bordo de um foguete Boeing Delta 792. Ela viajou cerca de seis meses antes de se posicionar em uma órbita elíptica inicial de captura. Após uma manobra com os propulsores para entrar em uma órbita de captura de 25 horas, foi usada a captura aérea durante 76 dias para se chegar a uma órbita de trabalho de duas horas. A captura aérea envolve o uso da atmosfera de Marte para reduzir e alcançar a órbita. A captura aérea substitui os retropropulsores convencionais para alterar o curso e entrar em órbita ao redor do planeta. Sem a captura aérea, a espaçonave teria que transportar muito mais combustível. A Mars Odyssey Orbiter é a terceira espaçonave a usar a captura aérea. Antes dela, somente a Mars Global Surveyor (site em inglês), em 1997 e a Mars Climate Orbiter (site em inglês), perdida em 1999, a usaram. Não se deve confundir captura aérea com frenagem aerodinâmica. Ainda que similar, a frenagem aerodinâmica usa a resistência atmosférica para reduzir a velocidade do veículo que pousará na superfície do planeta. A captura aérea é usada para colocar uma espaçonave em órbita.
A altitude final do orbitador é de cerca de 400 km acima da superfície de Marte, em uma órbita polar sincronizada com o Sol. Nos dois anos seguintes, o orbitador mapeará a superfície do planeta e fará medições acerca da radiação e da composição dos elementos.
O orbitador de Marte é somente um dos diversos orbitadores, exploradores (rovers) e pesquisadores (surveyors) que a NASA planeja lançar em direção a Marte em um esforço para aprender o máximo possível sobre o planeta antes de enviar uma missão com tripulação para lá. Na próxima década, a agência espacial dos EUA lançará pelo menos uma espaçonave de exploração para Marte a cada ano ímpar.
Plano de exploração de Marte pela NASA
Abril de 2001 - a Mars Odyssey Orbiter inicia sua viagem para analisar a composição de elementos do planeta. Ela chegou a Marte em 23 de outubro de 2001.
2003 - a missão Mars Exploration Rovers pesquisa vestígios de água, no passado ou no presente, em Marte.
2005 - será lançada a Mars Reconnaissance Orbiter. Sua meta será analisar a superfície do planeta em nova escala, para descobrir indícios de água. Ele medirá as paisagens em uma resolução de 20 por 30 cm, o que é suficientemente bom para observar rochas do tamanho de bolas de praia.
2007 - a NASA lançará um laboratório científico móvel para prosseguir com as medições da superfície.
2011-2016 - a missão de retorno com amostras de Marte é a mais ambiciosa nos planos da NASA. Ela levará uma espaçonave que pousará em Marte, escavará um pouco do solo e então se lançará de volta para a Terra.
20xx - seres humanos darão seus primeiros passos em um planeta estrangeiro. No momento, a NASA não tem planos para uma missão humana.
Para mais informações sobre a Mars Odyssey e tópicos relacionados, confira os links na próxima página.
Introdução
Já faz quase 40 anos que estamos indo ao espaço, mas todas as viagens não passaram de estadias temporárias em órbita. No entanto, três astronautas ficaram quatro meses morando na Estação Espacial Internacional (ISS), no ano 2000, marcando o início de uma década e meia de presença humana permanente no espaço. A chegada destes três astronautas à ISS levou um representante da NASA a dizer: "Estamos entrando no espaço de uma vez por todas com as pessoas girando ao redor do nosso mundo e, mais adiante, vamos a Marte..."
Desenho artístico de como pode ser uma colônia em Marte após a terraformação
Mas por que iríamos querer ir a Marte? As fotos tiradas das sondas que enviamos para lá, desde 1964, mostraram que Marte é um planeta desolado e sem vida com, aparentemente, muito pouco a nos oferecer. Além disso, sua atmosfera é muito fina e não há sinais da existência de vida. No entanto, Marte pode ser importante para a continuação da raça humana. Há mais de seis bilhões de pessoas na Terra e esse número continua a crescer sem parar. E é essa superlotação, ou a possibilidade de um desastre planetário, que irá nos forçar a eventualmente refletir sobre novas moradas no sistema solar e Marte pode ter mais a nos oferecer do que as fotos de sua paisagem árida nos mostram.
Recentemente, sondas da NASA descobriram vestígios de um passado mais quente em Marte. Um passado em que a água pode ter corrido pelo solo e vida pode ter existido. E com as evidências fluviais indicando que ainda possa existir água congelada em Marte, há muitos que sugerem que a raça humana poderia fazer de Marte seu segundo lar. Tal esforço para colonizar Marte teria início com a alteração do clima e atmosfera atuais para algo mais parecido com os da Terra. E é justamente este processo de transformar a atmosfera marciana com o intuito de criar um ambiente de vida mais habitável que é chamado de terraformação. Nesta artigo, você vai descobrir o motivo pelo qual Marte é o candidato ideal para colonização e como planejamos adaptar o planeta vermelho para que o habitemos
Por que Marte?
Foto cedida NASA
Marte tem todos os elementos necessários para sustentar a vida.
Marte fascina os homens já há algum tempo, fato evidente nos montes de livros e filmes produzidos sobre o planeta só no último século. Cada história cria sua própria imagem do que poderia existir no planeta vermelho. Mas o que é que Marte tem que fascina tanto? Embora Vênus normalmente seja chamado de planeta irmão da Terra, as condições nesse planeta de chamas são inabitáveis. Mas Marte, por outro lado, é o planeta mais próximo a nós, embora seja frio e seco atualmente, tem todos os elementos necessários para que a vida exista, incluindo:
água, que pode estar congelada nas calotas polares
carbono e oxigênio na forma de dióxido de carbono (CO2)
nitrogênio
Há semelhanças incríveis entre a atmosfera marciana existente atualmente e a atmosfera que existia na Terra há bilhões de anos. Logo que a Terra se formou, não havia oxigênio em nosso planeta e ele, assim como Marte, parecia um planeta desolado e inabitável. A atmosfera era totalmente feita de dióxido de carbono e nitrogênio. Demorou muito até que as bactérias capazes de realizar a fotossíntese se desenvolvessem para que oxigênio o bastante fosse produzido permitindo também o desenvolvimento de animais. De maneira semelhante, a fina atmosfera de Marte, atualmente, é toda composta por dióxido de carbono. Veja a composição da atmosfera de Marte:
95,3% de dióxido de carbono
2,7% de nitrogênio
1,6% de argônio
0,2% de oxigênio
A atmosfera da Terra, por outro lado, consiste em 78,1% de nitrogênio, 20,9% de oxigênio, 0,9% de argônio e 0,1% de dióxido de carbono e outros gases. Como você pode ver, teríamos de levar quantidades enormes de oxigênio e nitrogênio se quiséssemos sobreviver em Marte atualmente. Porém, a semelhança entre as atmosferas da Terra nos primórdios e de Marte atualmente levaram alguns cientistas a especular que o mesmo processo que fez uma atmosfera de dióxido de carbono transformar-se em ar respirável aqui, poderia ser reproduzido em Marte. O que também aumentaria a espessura da atmosfera e criaria um efeito estufa para aquecer o planeta e fornecer um ambiente apropriado para a existência de plantas e animais.
A temperatura média da superfície de Marte é de meros -62,77º C, com extremos variando de 23,88º C até menos de -73,33º C. Para se ter uma comparação, a temperatura média da superfície da Terra é de cerca de 14,4º C. Mas há outras características de Marte que são bastante parecidas com as da Terra e nos deixam imaginar que seria possível habitá-lo:
uma taxa de rotação de 24 horas e 37 minutos (Terra: 23 horas e 56 minutos)
inclinação do eixo em 24º (Terra: 23,5º)
um terço da força gravitacional da Terra
está perto o bastante do Sol para ter estações - Marte está cerca de 50% mais longe do Sol do que a Terra
Outros planetas também já foram considerados como possíveis candidatos à terraformação, incluindo Vênus, Europa (uma Lua de Júpiter) e Titã (uma Lua de Saturno). No entanto, Europa e Titã estão muito distantes do Sol, e Vênus está próxima demais (a temperatura média de Vênus é de cerca de 482º C). Marte é o único planeta do sistema solar, sem contar a Terra, que pode ter condições de abrigar vida. Na próxima seção, veja como cientistas planejam transformar o cenário seco e frio de Marte em um habitat quente e capaz de abrigar vida.
Criando uma estufa marciana
Foto cedida Lightworld
Marte antes e após a terraformação
A terraformação de Marte será um empreendimento enorme se realmente o fizermos um dia. Os estágios iniciais da terraformação poderiam levar várias décadas ou séculos. Realizar o processo no planeta inteiro levaria vários milênios, com alguns até sugerindo que um projeto assim levaria milhares de milênios. Mas, de qualquer maneira, como é que vamos transformar uma terra seca e deserta em um ambiente exuberante, onde pessoas, plantas e outros animais possam sobreviver. Aqui estão três métodos de terraformação já propostos:
grandes espelhos orbitais irão refletir a luz do Sol e aquecer a superfície do planeta
fábricas produtoras de gases do efeito estufa aprisionarão a radiação solar
asteróides ricos em amônia colidirão com o planeta e elevarão o nível de gases do efeito estufa
A NASA está trabalhando em um sistema de propulsão à vela solar que usará grandes espelhos refletores para colher a radiação do Sol e impulsionar uma espaçonave pelo espaço. Outro uso para estes grandes espelhos seria colocá-los a algumas centenas de milhares de quilômetros de Marte e usá-los para refletir a radiação solar e aquecer a superfície de Marte. Os cientistas propuseram construir espelhos de mylar (uma espécie de filme de poliéster) que teriam diâmetro de 250 km e cobririam uma área maior do que o lago Michigan. Esses espelhos gigantes pesariam cerca de 200 mil toneladas, o que significa que seriam grandes demais para serem lançados da Terra. Contudo, há a possibilidade de que os espelhos pudessem ser construídos com material encontrado no espaço.
Se um espelho desse tamanho fosse direcionado para Marte, ele elevaria a temperatura da superfície de uma pequena área em alguns graus. A idéia seria concentrar os espelhos nas calotas polares para derreter o gelo e liberar o dióxido de carbono que acredita-se estar preso dentro dele. Durante um período de muitos anos, a elevação na temperatura iria liberar os gases do efeito estufa, como os clorofluorcarbonetos (CFCs), que você pode encontrar no seu aparelho de ar condicionado ou na sua geladeira.
Outra opção para aumentar a espessura da atmosfera de Marte e, por sua vez, elevar a temperatura do planeta seria construir fábricas produtoras de gases do efeito estufa movidas à energia solar. Nós ganhamos muita experiência nessa área no último século, já que inadvertidamente liberamos toneladas de gases causadores do efeito estufa em nossa atmosfera, e que estão elevando a temperatura da Terra. O mesmo efeito de aquecimento poderia ser reproduzido em Marte ao construir centenas dessas fábricas, cujo único propósito seria liberar CFCs, metano, dióxido de carbono e outros gases causadores do efeito estufa na atmosfera.
Essas fábricas de gás teriam que ser transportadas para Marte ou feitas com os materiais já existentes lá, algo que levaria anos para ser processado. E para transportar essas máquinas para Marte, elas teriam que ser leves e eficientes. Essas máquinas iriam imitar o processo natural de fotossíntese realizado pelas plantas: inalar dióxido de carbono e emitir oxigênio. Novamente, levaria muitos anos, mas a atmosfera de Marte seria oxigenada lentamente, chegando ao ponto em que os colonizadores de Marte precisariam apenas de equipamento de auxílio respiratório, em vez da roupa de pressão usada por astronautas. Além disso, também seria possível usar bactérias realizadoras da fotossíntese como substitutas ou auxiliares das fábricas.
O cientista espacial Christopher McKay e Robert Zubrin, autor de The Case of Mars, também propôs um método mais radical para transformar Marte em uma estufa. Ele acredita que lançar em Marte asteróides grandes e gelados contendo amônia produziria toneladas de gases causadores do efeito estufa e água. Para que isso fosse feito, motores de foguetes térmicos nucleares teriam que ser, de alguma forma, presos a asteróides da região periférica do sistema solar. Os foguetes levariam os asteróides a cerca de 4 km/s, por um período de cerca de 10 anos, até que eles se desligariam e deixariam que os asteróides de 10 bilhões de toneladas planassem sem propulsão externa até Marte. A energia liberada com o impacto teria cerca de 130 milhões de megawatts de potência, quantidade suficiente para as necessidades de uma década inteira do nosso planeta.
Se for possível fazer com que um asteróide de tamanho tão enorme colida com Marte, a energia de um impacto elevaria a temperatura do planeta em 3º C. Essa elevação de temperatura repentina derreteria um trilhão de toneladas de água, que é quantidade o bastante para formar um lago de 1 m de profundidade. E várias dessas missões durante um período de 50 anos iriam criar um clima temperado e água suficiente para cobrir 25% da superfície do planeta. A desvantagem é que esse bombardeamento com asteróides (com cada um liberando energia equivalente a 70 mil bombas de hidrogênio de um megaton) atrasaria a colonização humana por séculos.
Embora possamos atingir Marte ainda neste século, poderia levar vários milênios para que a idéia de terraformação fosse realizada por completo. No caso da Terra, bilhões de anos foram necessários para que ela se transformasse em um planeta onde podem prosperar animais e plantas. Transformar a paisagem de Marte em algo semelhante à da Terra não se trata de um projeto simples, mas algo que, provavelmente, levará anos de inteligência e trabalho humano.
Introdução
Marte gera uma profunda curiosidade, por muitas razões diferentes:
existe, historicamente, uma idéia de que homenzinhos verdes (em inglês) ou grandes alienígenas terríveis (em inglês) vindos de Marte visitam ocasionalmente a Terra;
existe também o fato de Marte ser o único outro planeta do sistema solar vagamente semelhante à Terra e, portanto, ser o único outro planeta onde a vida poderia ter evoluído (outra possibilidade é a lua de gelo Europa (em inglês) na órbita de Júpiter, mas esse corpo celeste não é um planeta);
Foto cedida pela NASA
Marte, vista da sonda de exploração de Marte, Spirit: as duas fotos tiradas das sondas são as imagens mais detalhadas já vistas da superfície de Marte.
Marte é o único planeta no sistema solar onde os seres humanos têm qualquer esperança de pousar, caminhar e explorar algum dia;
Marte é o único planeta que poderia ser "terraformado", isto é, transformado em um planeta semelhante à Terra.
Por essas e por outras razões, os humanos já enviaram mais de 30 espaçonaves diferentes para explorar o planeta. As duas sondas de exploração de Marte da NASA, Spirit e Opportunity, são as visitantes mais recentes.
Neste artigo, você poderá aprender sobre essas sondas e saber o que elas poderão descobrir, enquanto exploram o planeta Marte.
Por que não enviar pessoas
A missão atual a Marte envolve um par de sondas robotizadas, conhecidas como "Mars exploration rovers" (MER). Por que estamos enviando sondas robotizadas, em vez de enviarmos pessoas, como fizemos ao explorar a lua?
Foto cedida pela NASA
Visão artística de uma sonda de exploração na superfície de Marte
Ainda não estamos prontos para enviar seres humanos para Marte. A razão principal para esta hesitação é nosso histórico - diferentes nações já enviaram mais de 30 sondas a Marte, mas menos de um terço dessas sobreviveram à viagem. Tal histórico não é muito positivo, e certamente não nos incentiva a substituir as sondas robotizadas por seres humanos, pelo menos até melhorarmos as chances de sucesso.
A segunda razão é o custo. Como veremos daqui a pouco, atualmente o custo é de cerca de um milhão de dólares a cada meio quilo de equipamento, para projetar e enviar um robô a Marte, e os robôs não precisam preocupar-se com coisas complicadas como sistemas de apoio à vida. Os robôs também não precisam se preocupar em voltar para casa - algo que acrescenta um peso enorme a uma missão. Robôs também não precisam aterrissar suavemente na superfície de Marte. Seria necessária no mínimo praticamente 45 toneladas de veículo, equipamentos, comida e água para levar uma pequena equipe de pessoas a Marte (cada pessoa, por exemplo, precisaria de 408 kg ou mais (em inglês) de alimentos desidratados). A um milhão de dólares por meio quilo de peso, temos um custo de US$ 100 bilhões. Além disso, uma missão tripulada provavelmente custaria mais que uma missão robotizada, em razão das margens de segurança significativas necessárias para passageiros humanos.
Foto cedida pela NASA
A sonda de exploração de Marte Spirit, na NASA
A terceira razão diz respeito aos desafios de engenharia. Por exemplo, para tornar-se possível uma missão tripulada, um cenário provável é produzir combustível para o vôo de retorno (PDF em inglês) a partir da atmosfera de Marte. Entretanto, nada desta espécie já foi tentado, e seriam necessárias diversas missões de teste para comprovar sua exeqüibilidade. Outra consideração importante é a radiação cósmica que os astronautas absorveriam durante uma missão tão longa, e como bloqueá-la. Grande parte desta radiação é bloqueada na Terra por seu campo magnético. Marte não tem campo magnético.
Portanto, não mandaremos humanos para Marte em um futuro próximo. Isso nos deixa com a opção de enviar robôs, em vez de pessoas. Os robôs das MERs são uma manifestação dessa filosofia.
Preparando a aterrissagem
Foto cedida pela NASA
Teste de air bags da sonda de Marte pela NASA
Uma das partes mais difíceis da missão de exploração de Marte é, na verdade, fazer com que as sondas cheguem ao planeta em boas condições. Imagine-se tentando deixar cair um robô sofisticado de uma altura de 10 andares sem quebrá-lo (imagine até algo mais simples, como deixar cair um aparelho de DVD , por exemplo). Isso não é nada, comparado com pousar uma sonda em outro planeta.
Imagem cedida pela NASA
Recursos da sonda
Quando a NASA enviou os módulos de aterragem gêmeos Viking a Marte (em inglês) nos anos 70, esses tinham os três componentes básicos de qualquer robô interplanetário:
podiam produzir a potência que precisavam para executar suas missões;
podiam colher informações com seus sensores;
podiam enviar as informações do sensor para a Terra.
A única coisa que esses módulos de aterragem não podiam fazer era mover-se, embora tivessem braços robóticos que podiam estender-se e escavar o solo.
A NASA resolveu o problema do movimento com a missão Pathfinder, em 1997 (em inglês). Uma pequena sonda (que pesava apenas 11 kg) conseguiu separar-se do módulo de aterragem e percorrer 5 metros para examinar rochas.
Foto cedida pela NASA
Duas gerações de sondas espaciais
Os robôs MERs são as maiores sondas que já aterrissaram com sucesso em outro planeta. Nesta missão, a NASA projetou os robôs MERs para agirem como geólogos mecânicos. Os instrumentos e equipamentos incluídos nas sondas visam, principalmente, examinar rochas.
As sondas têm os seguintes recursos:
podem gerar energia com seus painéis solares e armazená-la em suas baterias;
podem tirar fotografias estereoscópicas em cores da paisagem, com um par de câmeras de alta resolução montadas no mastro;
também podem fazer leituras térmicas com um espectrômetro separado de emissão térmica que usa o mastro como periscópio.
Foto cedida pela NASA
O mastro da sonda
Os cientistas podem escolher um ponto da paisagem e a sonda vai até ele. As sondas são autônomas - guiam a si mesmas, porque o atraso de tempo para os sinais de rádio percorrerem a distância entre a Terra e Marte é grande demais para permitir que as sondas possam ser controladas por rádio. Três pares de câmeras em preto e branco na frente, na parte de trás e no mastro da sonda permitem que o robô veja suas adjacências e se desvie de obstáculos. As sondas têm seis rodas, com um motor em cada uma delas, para poderem locomover-se.
Foto cedida pela NASA
As rodas da sonda
As sondas podem usar uma broca, montada em um pequeno braço, para perfurar a rocha. Esta broca é conhecida, oficialmente, como ferramenta de abrasão de rochas (RAT).
Imagem cedida pela NASA
Concepção artística de uma das sondas usando a RAT em Marte
Imagem cedida pela NASA
Imagem cedida pela NASA
As sondas têm uma câmera com objetiva, montada no mesmo braço que a broca, que pode ser usada pelos cientistas para examinarem atentamente a estrutura detalhada de uma rocha.
As sondas têm um espectrômetro de massa, capaz de determinar a composição de minerais que contêm ferro, nas rochas. Este espectrômetro também é montado no braço.
Também no braço encontra-se um espectrômetro de raio-X de partículas alfa, que pode detectar partículas alfa e X-rays liberadas pelo solo e pelas rochas. Essas propriedades também ajudam a determinar a composição das rochas.
Em três pontos diferentes da sonda existem magnetos montados. Partículas de poeira contendo ferro aderem aos magnetos, de modo que os cientistas podem observá-las com as câmeras ou analisá-las com os espectrômetros.
As sondas podem enviar todos esses dados para a Terra, usando uma de três antenas de rádio diferentes.
Especificações da sonda
Para comportarem toda essa instrumentação, motores e geração de energia, as sondas são bastante grandes - talvez do tamanho de um carrinho pequeno de cortar grama. Aqui estão alguns dados [ref em inglês]:
Foto cedida pela NASA
Comparação de tamanho: a nova sonda de Marte, parte da equipe de montagem e uma predecessora da sonda, uma réplica da sonda Sojourner, da missão Pathfinder
1,5 metro de altura (com o mastro levantado);
2,3 metros de largura;
1,6 metro de comprimento;
174 quilos;
velocidade máxima: aproximadamente 30 metros por hora e 100 metros no máximo, por dia;
câmeras panorâmicas;
A câmera panorâmica (Pancam) é um sistema de imagens multiespectrais, estereoscópicas e panorâmicas, consistindo em duas câmeras digitais montadas sobre um mastro 1,5 m acima da superfície de Marte. O mastro permite que a Pancam tome imagens em 360 horizontalmente e com elevação de 90 graus. Cada câmera Pancam usa um arranjo de detector de CCD (charge coupled devices) com transferência de quadro da área ativa da imagem de 1024 x 1024. O sistema óptico da Pancam tem um campo de visão de 16 x 16.
custo: um total de aproximadamente US$ 820 milhões (para as duas sondas)
US$ 645 milhões para projeto/desenvolvimento, mais US$ 100 milhões para o lançador Delta e para o lançamento, além de US$ 75 milhões para operações da missão.
Dentro das sondas
O corpo de uma sonda é um gabinete fechado, chamado de Warm Electronics Box ("Caixa de Componentes Eletrônicos Aquecidos" - WEB). Essa caixa é essencial, porque à noite a temperatura pode cair para -1000C. As baterias deixariam de funcionar, assim como muitos dos componentes eletrônicos, se não fosse gerado algum calor para elevar a temperatura além de 0ºC.
Imagem cedida pela NASA
A WEB é uma caixa isolada, que contém:
o "cérebro" computadorizado da sonda
as baterias de lítio-íon
os rádios e amplificadores para os rádios
vários elementos eletrônicos de controle para os diferentes espectrômetros, etc
Imagem cedida pela NASA
Componentes da sonda
Basicamente, qualquer coisa que não possa sobreviver a -1000ºC está alojada dentro da caixa.
Ela se mantém aquecida por três mecanismos diferentes:
quando ativados, os diferentes módulos eletrônicos produzem seu próprio calor. O computador, por exemplo, pode consumir 7 watts e, portanto, produz calor como uma lâmpada de iluminação noturna;
existem pequenos aquecedores com resistência de 1 watt, que o computador pode ligar para elevar a temperatura;
oito esferas radioativas (de dióxido de plutônio) cedem calor, enquanto os átomos do plutônio decaem. As esferas são muito pequenas - do tamanho de uma ervilha. Elas são embrulhadas em uma liga protetora e, depois, inseridas em um estojo de fibra de carbono. Se o foguete do lançador Delta tivesse explodido na plataforma, ou se a espaçonave tivesse reingressado na atmosfera da terra, esses estojos protegeriam as esferas.
O computador de bordo
As sondas usam um RAD6000 computador produzido pela empresa BAE systems (em inglês). Este processador é quase idêntico, em arquitetura, a um antigo processador de PowerPC usado nos primeiros computadores Macintosh. Pelos padrões atuais, esses processadores são lentos. Eles operam a 20 megahertz, cerca de 1/100 da velocidade de um computador pessoal de hoje. Eles têm 128 kilobytes (KB) de RAM, 256 KB de memória flash e alguma memória ROM para manter o código de inicialização e o sistema operacional . Não existem drives de disco .
Embora sejam lentos e incrivelmente caros (US$ 200 a US$ 300 mil por computador), eles têm duas grandes vantagens:
são à prova de radiação, de modo que estão imunes à radiação cósmica que incide sobre Marte
operam com VxWorks (em inglês, PDF), um sistema operacional ultra-confiável em tempo real da Wind River Systems (em inglês)
Este computador torna a sonda muito mais confiável que um computador de mesa típico, porque nunca tem problemas nem corrompe dados.
O computador ajuda com gerenciamento de energia, processamento de imagem, controle do motor e gerenciamento de instrumentos. Ele também lida com a navegação. A sonda possui seis câmeras de navegação, arranjadas em três pares. O computador processa imagens em estéreo, a partir dos pares de câmeras. Ele usa algoritmos de visão binocular e pode identificar a distância e o tamanho das diferentes rochas no campo de visão. Usando essas informações, o computador pode construir um mapa de todos os obstáculos próximos e então desviar a sonda para evitá-los, ao se mover.
Energia
As sondas têm 1,3 metro quadrado de células solares de alta eficiência para o fornecimento de energia. Quando a sonda abre pela primeira vez os painéis, eles estão limpos, e ao meio-dia o sol está "forte", pelos padrões marcianos, por causa da estação. Os painéis produzem cerca de 140 watts, no máximo, ou cerca de 900 watts-horas no total por dia (com essa energia, você poderia manter uma lâmpada de 100 watts acesa por nove horas). Em outras palavras, o sol tem brilho suficiente para ativar os painéis solares por apenas cerca de seis horas por dia de Marte.
A energia gerada pelos painéis solares vai para os dispositivos que precisam dela (computador, motores, RAT, instrumentos, rádios, etc.). Qualquer energia excessiva é armazenada em duas baterias de lítio-íon de 28 volts, 10 ampères por hora.
Imagem cedida pela NASA
Uma das primeiras imagens da missão, mostrando o pedal do equipamento de aterragem da sonda e o horizonte de Marte
Exploração robotizada
Digamos que os cientistas que estão na Terra escolheram uma rocha e colocaram a sonda perto o bastante para alcançá-la com o braço mecânico. Este artigo da publicação Cornell News (em inglês) - 19 de dezembro de 2003 - descreve o que acontece a seguir:
Bilhões de anos de exposição ao sol, clima e poeira marciana extremamente fina deram às rochas de Marte uma camada ou "casca" externa dura. O RAT, parte do pacote de instrumentos científicos levados pelas duas sondas de Marte, Spirit e Opportunity, usa uma ferramenta de esmerilhamento robotizada com ponta de diamante, para remover essa camada externa endurecida e revelar uma superfície mais íntegra. O acesso ao interior mais puro da rocha é crítico para entendermos a história da geologia de Marte e para respondermos ao que Bartlett descreve como "as grandes indagações" a serem esclarecidas pelas sondas: será que alguma vez já houve água - ou mesmo um ambiente apropriado para a vida - no planeta vermelho?
Imagem cedida pela NASA
Essas grandes indagações podem ser respondidas por uma máquina muito pequena: a RAT pesa apenas 68 g e usa menos energia (apenas 30 watts) que a maioria das lâmpadas. Seu tamanho é mais ou menos o de uma lata de refrigerante.
A RAT ocupa a torre, ou "mão" do braço robotizado da sonda, juntamente com outros instrumentos científicos para análise de rochas, um captador microscópico de imagens e espectrômetros de raio-X de partículas alfa Mössbauer (em inglês). O braço ágil, que tem ombro, cotovelo e pulso como um braço humano, pressiona a RAT contra a superfície da rocha.
Em apenas duas horas, a roda de esmerilhamento da RAT pode retirar um disco com cerca de duas vezes o diâmetro e espessura de uma moeda pequena de uma superfície rochosa dura. Duas escovas retiram a poeira resultante do buraco para a geração de uma superfície limpa para uma visão em close.
Depois que a superfície mais pura é exposta, o dispositivo de imagem e os espectrômetros assumem suas tarefas, espiando pela abertura para executarem uma análise detalhada do interior da rocha. Para que os cientistas possam aprender sobre os processos que podem ter desgastado a rocha, a sonda também registra leituras de temperatura e ventos a partir dos três motores da RAT, enquanto eles lixam a camada externa.
Comunicação
Enquanto recolhem dados, as sondas precisam enviá-los à Terra. Os dados incluem fotos, informações obtidas pelo espectrômetro, informações de estado do sistema, etc. Além disso, os cientistas e engenheiros aqui da Terra desejam enviar coisas como comandos e atualizações de aplicativos para a sonda. A sonda possui três rádios diferentes para lidar com as comunicações.
Imagem cedida pela NASA
Você pode ver cada uma das três antenas da sonda - UHF, baixo ganho e alto ganho
O primeiro rádio é um aparelho lento e com baixa potência de UHF. Ele usa uma antena omnidirecional de baixo ganho. Ele não precisa de qualquer sintonização e transmite para a terra ou para um satélite em uma taxa de baixos dados. Esse é um modo de se comunicar, caso tudo o mais falhe.
O segundo rádio é um aparelho de UHF de alta velocidade, com dois satélites já na órbita de Marte, o satélite Mars Odyssey e o satélite Mars Global Surveyor. Quando um satélite aparece acima e sinaliza para a sonda, esta pode despejar dados para o satélite em alta velocidade durante mais ou menos oito minutos, em cada passagem. A sonda pode enviar dados a 128 kilobits por segundo, quando o satélite está passando, usando um rádio que consome 15 watts. O satélite pode então redirecionar as informações para a Terra, quando se torna visível, usando sua antena de 2,5 metros e seu rádio de 100 watts. É assim que a maior parte das imagens chega à Terra. Provavelmente 10 megabytes de dados por dia cheguem à Terra por esses canais.
Imagem cedida pela NASA
Visão da Spirit do alto, na superfície de Marte
Finalmente, a sonda possui ainda uma antena direcional com 30cm de diâmetro de alto ganho. Quando a Terra está visível para a sonda, sua antena rastreia a Terra e pode comunicar-se diretamente com os cientistas e engenheiros. Há um atraso de 20 minutos na comunicação, por causa da distância de 322 milhões de quilômetros entre a Terra e Marte. A sonda usa um rádio de 40 watts e transmite em apenas 12 kilobits por segundo por essa forma de comunicação. Uma vez que a ligação é direta, a NASA a usa para enviar comandos à sonda e para obter dados críticos. Esta ligação está disponível durante três horas por dia, por causa do alinhamento dos planetas e das exigências de energia do rádio.
Um dia na vida de uma sonda
Durante um dia, cada sonda envia dados de imagens, instrumentos e estado do sistema para a Terra. Os cientistas tomam decisões com base nesses dados e naqueles do dia anterior. Depois, eles enviam comandos para a sonda, durante a janela de três horas de comunicação direta com a antena de alto ganho. A sonda então fica sem comunicação com a Terra por 20 horas, executando os comandos e enviando dados de imagens para os dois satélites próximos. Os comandos da sonda podem dizer-lhe para mover-se na direção de uma nova rocha, esmerilhá-la, analisá-la, tirar fotos ou colher outros dados com outros instrumentos.
Imagem cedida pela NASA
Visão artística de uma sonda executando suas tarefas
A sonda e os cientistas repetem este padrão durante um período aproximado de 90 dias. Nesse ponto, a energia da sonda começa a diminuir. Além disso, Marte e a Terra começam a se distanciar, tornando a comunicação mais difícil. Finalmente, a sonda não terá energia suficiente para comunicar-se, ou estará longe demais, e a missão terá terminado.
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