As sondas sentem o calor nas missões espaciais

A Beagle 2 com a protecção ao calor em acção
30 Janeiro 2003

O espaço é, sem sombra de dúvida, um sítio frio, mas as sondas espaciais têm naturalmente de enfrentar temperaturas extremamente altas quando são expostas às radiações solares. No entanto, existem ainda outras situações extremas em que as sondas espaciais são sujeitas a um calor enorme. As sondas da ESA têm de suportar temperaturas infernais…

Quando uma sonda se precipita a alta velocidade através da atmosfera de um planeta extraterrestre, as coisas podem tornar-se muito quentes. Este aumento de temperatura provém da fricção entre a sonda espacial e a atmosfera. O calor pode tornar-se extremamente intenso, acabando por atingir vários milhares de graus celsius. Con McCarthy é um engenheiro senior da sonda Mars Express, que se espera comece a sua viagem ao Planeta Vermelho daqui a uns meses. Ele explica que o processo é semelhante ao de colocar os travões num carro. "Quando se colocam os travões num veículo rápido, eles convertem toda a energia que está a ser usada no movimento do carro para a frente em calor. Isto faz com que os discos dos travões se inflamem. Analogamente, quando uma sonda entra na atmosfera de um planeta a alta velocidade, uma enorme quantidade de calor irá ser gerada por fricção.”

The Beagle 2 lander
A sonda Beagle 2 extende-se em Marte

As sondas têm de estar bem preparadas para resistir a tão perigosas temperaturas. As protecções das sondas ao calor são produtos de alta tecnologia, compostas por materiais capazes de proteger e isolar a sonda espacial do calor durante a descida atmosférica. Os engenheiros usam, essencialmente, duas tecnologias para construir as protecções para o calor. A primeira baseia-se num material chamado ablativo. Este material foi desenhado de modo a rejeitar o calor, irradiando-o para o espaço, protegendo assim a sonda. O material radiador tem de ser um isolador eficiente da sonda espacial, especialmente a temperaturas muito altas. O material ablativo usa tecnologia convencional e é frequentemente mais barato e mais pesado. O material radiador utiliza tecnologias mais avançadas, é mais leve, e é, geralmente, mais caro. No entanto, é normalmente reutilizável (tal como o do Space Shuttle da Nasa, por exemplo).

"A protecção ao calor do Beagle 2, a sonda espacial Mars Express da ESA, é feita de material ablativo, que é como um composto da cortiça," afirma McCarthy. A atmosfera de Marte é muito menos densa que a da Terra. No entanto, ela ainda se comporta como uma sopa espessa, abrandando a sonda. Ao entrar na atmosfera marciana a uma velocidade 25 a 30 vezes superior que a velocidade do som (que é cerca de 330 metros por segundo), a protecção ao calor terá de resistir a temperaturas superiores a 1000 graus celsius.

Huygens lander passing through Titan's atmosphere
A sonda Huygens passando através da atmosfera de Titã

Por outro lado, a sonda Huygens da ESA, que chegará à lua de Saturno, Titã, em 2004, a bordo da nave espacial Cassini da NASA, possui uma protecção ao calor que se comporta sobretudo como um “radiador”, composto por fibras de silicone em resina. Huygens vai ser a primeira sonda a penetrar na espessa atmosfera de Titã. A sua protecção ao calor irá protegê-la de temperaturas que podem chegar aos 1800 graus celsius à medida que ele se dirige em direcção à superfície, a uma velocidade 25 vezes maior que a velocidade do som. Se a temperatura durante a descida atingir nivéis muito altos, o material pode começar a derreter e a comportar-se, em parte, como um ablator, para melhorar a dissipação do calor quando necessário.

Como é se pode saber que tipo de tecnologia de protecção ao calor se deve escolher? Em geral, os engenheiros tendem a voltar-se para as soluções adequadas mais económicas. “No entanto, ”, afirma Kai Clausen, um perito sénior da ESA na sonda Huygens, "há diversos parâmetros a ter em conta. A escolha final é determinada por uma combinação de elementos. Primeiro de tudo, os diferentes materiais têm de ser compativéis como a composição quimíca e com a densidade atmosféricas. Seguidamente, os diferentes materiais têm diferentes comportamentos térmicos e mecânicos. Cabe aos peritos escolher o que melhor responde ao chamado perfil de entrada da sonda. Este perfil é determinado pelo ângulo e a velocidade com os quais a sonda entra na atmosfera, combinados com a densidade e com a altura da atmosfera.”

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