De um comunicado de imprensa do Goddard Space Flight Center:
Eles quase chegaram.
Demorou um ano e meio, mais de 90 manobras em órbita e - maravilhosamente - muitos impulsos gravitacionais e apenas um pouquinho de combustível para mover duas naves espaciais de sua órbita ao redor da Terra para seu novo lar em torno da Lua.
Ao longo de suas viagens, a sonda passou por órbitas nunca antes tentadas e deu saltos curlicue encantadores de uma órbita para a seguinte. Neste verão, as duas naves ARTEMIS - que começaram suas vidas como parte da missão THEMIS de cinco naves que estuda a aurora da Terra - começarão a orbitar a lua. THEMIS é um acrônimo para o histórico de eventos e interação em macroescala durante a sonda Substorms.
Mesmo com décadas de experiência em mecânica orbital da NASA, essa jornada não foi uma tarefa fácil. A viagem exigiu várias manobras nunca antes tentadas, incluindo vários meses quando cada nave se movia em um caminho em forma de rim em cada lado da lua, bem, nada além de um ponto gravitacional no espaço marcado por nenhum planeta ou objeto físico.
“Ninguém nunca tentou essa órbita antes, é uma órbita de liberação da Terra-Lua”, diz David Folta, engenheiro de dinâmica de vôo do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland. “É uma órbita muito instável que requer atenção diária e ajustes constantes. . ”
A jornada para ARTEMIS - abreviação de Aceleração, Reconexão, Turbulência e Eletrodinâmica da Interação da Lua com o Sol - começou em 2009, depois que o THEMIS completou dois anos de coleta de dados científicos sobre o ambiente magnético ao redor da Terra, a aurora e como esses são afetados pelo sol.
A sonda é movida a energia solar, mas as órbitas da sonda THEMIS mais externa haviam escorregado ao longo do tempo e seriam submetidas a períodos regulares de oito horas de escuridão. Essas naves espaciais poderiam suportar até três horas sem luz solar, mas essa escuridão em breve deixaria as baterias completamente descarregadas.
As equipes da UC-Berkeley e Goddard cuidavam do controle diário da espaçonave THEMIS. O investigador principal da missão, Vassilis Angelopoulos, da UCLA, conversou com as equipes sobre a mudança das duas naves espaciais para a lua para estudar o ambiente magnético lá. Mas modelos rápidos de uma técnica convencional de reforço mostraram que todo o combustível restante seria usado simplesmente em trânsito. Não sobraria o suficiente para que o processo de ajuste de direção e velocidade, que consome combustível, realmente comece a circular a lua.
Então, Angelopoulos montou um novo e mais complexo plano de mudança de órbita de vários anos. O movimento dependeria predominantemente de assistências da gravidade da Lua e da Terra para mover a sonda no lugar. Ele levou sua idéia a dois engenheiros envolvidos no lançamento do THEMIS: David Folta e outro engenheiro de vôo da Goddard, Mark Woodard. O par usou seus próprios modelos para validar esse novo design, e o plano estava em andamento.
Primeiro passo: aumente o tamanho das órbitas. As órbitas originais centradas na Terra mal chegavam à metade do caminho para a lua. Usando pequenas quantidades de combustível para ajustar a velocidade e a direção em momentos precisos da órbita, a sonda foi catapultada cada vez mais para o espaço. Foram necessários cinco desses ajustes para o ARTEMIS P1 e 27 para o ARTEMIS P2.
Próximo passo: salte da órbita da Terra para a complicada órbita "Lissajous" em forma de rim, circulando o que é conhecido como ponto Lagrangiano em cada lado da lua. Esses pontos são os lugares onde as forças de gravidade entre a Terra e a lua se equilibram - o ponto não oferece realmente uma entidade física para circular. O ARTEMIS P1 deu o salto - em um belo arco embaixo e ao redor da lua - para o ponto Lagrangiano no lado oposto da lua em 25 de agosto de 2010. A segunda nave fez o salto para o lado próximo da Lua em 22 de outubro. Essa transferência exigiu uma série complexa de manobras, incluindo assistência à gravidade lunar, assistência à gravidade da Terra e manobras no espaço profundo. A combinação dessas manobras foi necessária não apenas para chegar ao local correto perto da lua, mas também no tempo e velocidade corretos.
Usando uma série de gravidade da Terra e da lua ajuda - e apenas um pouquinho de combustível - a sonda ARTEMIS entrou em órbita em torno dos pontos Lagrangianos da lua no inverno de 2010. Crédito: Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA / Scientific Visualization Studio
A história foi feita. Numerosos satélites orbitam pontos lagrangianos entre a Terra e o Sol, mas, embora essa órbita tenha sido estudada extensivamente, nunca havia sido tentada antes.
Não era apenas um feito de engenharia em si, mas a espaçonave agora estava em um local ideal para estudar o magnetismo a alguma distância da lua. Nessa posição, eles podiam identificar como o vento solar - composto de gás ionizado conhecido como plasma - passa pela Lua e tenta preencher o vácuo do outro lado. Uma tarefa complicada, uma vez que o plasma é forçado pelos campos magnéticos a percorrer certos caminhos.
"É um verdadeiro zoológico de fenômenos plasmáticos", diz David Sibeck, gerente de projetos da THEMIS e ARTEMIS da Goddard. "A Lua esculpe uma cavidade no vento solar, e então observamos como isso ocorre. É tudo menos chato. Há microfísica e física de partículas e interação de partículas de onda e limites e camadas. Todas as coisas que não tivemos a chance de estudar antes no plasma ".
A vida dos engenheiros de vôo também era tudo entediante. Manter algo em órbita em torno de um ponto que tem pouco a marcar, exceto pelo equilíbrio da gravidade, não é tarefa simples. A sonda exigia correções regulares para mantê-la na pista e Folta e Woodard assistiam diariamente.
"Obteríamos informações atualizadas da órbita por volta das 9h todos os dias", diz Woodard. "Executamos isso em nosso software e obtivemos uma estimativa de qual seria nossa próxima manobra. Iríamos para lá e para cá com Berkeley e validaríamos uma manobra até sabermos que ia dar certo e nos manteríamos voando por mais uma semana. ”
A equipe aprendeu com a experiência. Pequenos ajustes geralmente tiveram consequências maiores do que o esperado. Eles finalmente encontraram os locais ideais onde as correções pareciam exigir menos ajustes subseqüentes. Esses pontos positivos surgiam sempre que a espaçonave atravessava uma linha imaginária que unia a Terra e a Lua, embora nada nas teorias tivesse previsto tal coisa.
A vigilância diária acabou sendo crucial. Em 14 de outubro, a órbita e a atitude da sonda P1 mudaram inesperadamente. O primeiro pensamento foi que o sistema de rastreamento poderia ter falhado, mas esse não parecia ser o problema. No entanto, a equipe da ARTEMIS também notou que toda a nave começou a girar 0,001 rotações por minuto mais rapidamente. Um dos instrumentos que mede campos elétricos também parou de funcionar. Melhor chute? A esfera no final do boom de 82 pés desse instrumento havia se rompido - talvez por ter sido atingida por algo. Essa esfera tinha apenas três onças em uma espaçonave que pesava quase 200 libras - mas ajustou a velocidade do ARTEMIS P1 o suficiente para que eles tivessem capturado a anomalia alguns dias depois e teriam que gastar uma quantidade proibitiva de combustível para voltar ao curso.
Assim, a ARTEMIS chegará à Lua com ainda mais combustível do que o inicialmente estimado. Haverá combustível suficiente para correções de órbita por sete a 10 anos e sobra o suficiente para trazer as duas naves até a lua.
"Estamos entusiasmados com o trabalho dos planejadores de missões", diz Sibeck. “Eles vão nos levar muito mais perto da lua do que poderíamos esperar. Isso é crucial para fornecer dados de alta qualidade sobre o interior da lua, sua composição superficial e se há bolsões de magnetismo lá. "
Em 9 de janeiro de 2011, o ARTEMIS P1 pulou a lua e se juntou ao ARTEMIS P2 no lado da Lua mais próximo da Terra. Agora os últimos passos estão prestes a começar.
Em 27 de junho, o P1 entrará em espiral em direção à lua e entrará na órbita lunar. Em 17 de julho, o P2 seguirá. P2 viajará na mesma direção que a Lua, ou em progresso; P1 irá viajar na direção oposta, em retrógrado.
"Monitoramos a ARTEMIS todos os dias e desenvolvemos manobras todas as semanas. Foi um desafio, mas descobrimos grandes coisas ”, diz Folta, que agora concentrará sua atenção em outros vôos da NASA, como a missão MAVEN a Marte, que está programada para ser lançada em 2013.“ Mas em breve estaremos feito com esta manobra final e, bem, voltaremos a ser consultores da ARTEMIS. ”
Veja imagens e vídeos adicionais da ARTEMIS neste link.
Escrito por Karen C. Fox na GSFC.
