Gerador de oxigénio atómico simula fogo no céu

A nova instalação encontra-se no Laboratório de Materiais e Componentes Elétricos, um dos laboratórios do centro técnico da ESA, nos Países Baixos, dedicado à simulação de todos os aspetos do ambiente espacial.

Esta última novidade concentra-se na reprodução de um fenómeno que permaneceu desconhecido durante as primeiras décadas da era espacial. Foi quando os primeiros voos do Space Shuttle retornaram da órbita baixa, no início dos anos 80, que os engenheiros tiveram um choque: os cobertores térmicos da aeronave haviam sido severamente corroídos.

O oxigénio atómico altamente reativo revelou ser o culpado - átomos individuais de oxigénio nas margens da atmosfera, o resultado de moléculas de oxigénio padrão, do tipo encontrado logo acima do solo, serem quebradas pela poderosa radiação ultravioleta do Sol.

Hoje, todas as missões abaixo de cerca de 1000 km precisam ser projetadas para resistir ao oxigénio atómico, tais como os satélites Europeus Sentinel que vigiam a Terra. A extensão precisa dos efeitos do oxigénio atómico varia ao longo dos 11 anos do ciclo solar.

O anterior gerador de oxigénio atómico da ESA, ATOX, foi construído para estudar materiais para a Estação Espacial Internacional, mas estava a chegar ao fim da sua vida.

“O nosso novo LEOX, Low Earth Orbit Facility (Instalação Terrestre de Órbita Baixa), foi disparado pela primeira vez após dois anos de preparação”, comenta Christopher Semprimoschnig, diretor da Secção de Física e Química dos Materiais da ESA.

“Tem sido um desafio projetar e construir, porque o que temos de fazer é reproduzir algo que simplesmente não existe na Terra.”

Há apenas um punhado de instalações ao redor do globo que pode gerar, de forma confiável, oxigénio atómico para este tipo de testes.

O LEOX gera oxigénio atómico em níveis de energia que são equivalentes à velocidade orbital - 7,8 km/s - para simular o ambiente espacial o mais próximo possível. Pode também testar a um fluxo maior, economizando tempo e dinheiro para testes.

O oxigénio molecular purificado é injetado numa câmara de vácuo com um feixe de laser pulsante focado sobre ele. Com um flash roxo cada vez que o laser é disparado, o oxigénio é convertido num plasma quente, cuja expansão rápida é canalizada ao longo de um bocal cônico. Depois, dissocia-se para formar um feixe altamente energético de oxigénio atómico.

Para trabalhar de forma confiável durante um teste, de duração típica de horas, o tempo do laser deve permanecer preciso à escala de milésimos de segundo e direcionado para uma precisão medida em milésimos de milímetro.

“O LEOX incorpora várias melhorias em relação ao seu predecessor, incluindo o fato de que a instalação incorpora um espectrómetro de massa, de maneira que podemos realmente validar, momento a momento, à medida que um teste está a decorrer, que estamos realmente a produzir oxigénio atómico puro e a evitar qualquer contaminação.

“Além disso, é modular, o que nos permite transferir uma amostra do LEOX para outros equipamentos de laboratório, como o nosso foto-espectrómetro de raios-X (XPS), para medir os primeiros nanómetros da superfície da amostra - tudo sem retirá-lo do vácuo.

“A aplicação do XPS às amostras de teste em que trabalhamos confirmou que a nova instalação está a funcionar bem, porque numa escala microscópica parecem-se com materiais que realmente recuperámos de órbita no passado, como no Telescópio Espacial Hubble, no transportador recuperável Eureca e na própria Estação Espacial.”

O LEOX será agora usado para testar materiais candidatos para uma grande variedade de missões de baixa órbita, incluindo aquelas que chegam o mais próximo possível do topo da atmosfera e, potencialmente, missões a outros mundos, tal como a missão Juice a Júpiter da ESA – especula-se que o topo da atmosfera de Ganímedes contenha também oxigénio atómico.