Em 9 de fevereiro, 2017, Missão multiescala magnetosférica da NASA, conhecido como MMS, iniciou uma longa jornada de três meses para uma nova órbita. O MMS voa em uma órbita altamente elíptica ao redor da Terra e a nova órbita levará o MMS duas vezes mais longe do que antes. Na nova órbita, que inicia a segunda fase de sua missão, O MMS continuará a mapear as características fundamentais do espaço ao redor da Terra, ajudando-nos a entender esta região chave através da qual nossos satélites e astronautas viajam. O MMS voará diretamente através de regiões - onde ocorrem explosões gigantes chamadas de reconexão magnética - nunca antes observadas em alta resolução.

Lançado em março de 2015, O MMS usa quatro espaçonaves idênticas para mapear a reconexão magnética - um processo que ocorre quando os campos magnéticos colidem e se realinham explosivamente em novas posições. Cientistas e engenheiros da NASA voam MMS em uma formação próxima sem precedentes que permite a missão viajar através de regiões onde os campos magnéticos do Sol interagem com os campos magnéticos da Terra - mas manter quatro espaçonaves em formação está longe de ser fácil.

"Esta é uma das missões mais complicadas que Goddard já fez em termos de dinâmica de vôo e manobras, "disse Mark Woodard, Diretor da missão MMS no Goddard Flight Space Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Ninguém em lugar nenhum fez vôo em formação como este antes."

Para formar uma imagem tridimensional de reconexão, a missão voa quatro satélites individuais em uma formação de pirâmide chamada tetraedro. Enquanto uma missão anterior conjunta da ESA (Agência Espacial Européia) / NASA voou em uma formação semelhante, O MMS é o primeiro a voar em uma formação extremamente compacta - em média apenas 6,5 km de distância. Manter essa separação estreita permite o mapeamento de alta resolução, mas adiciona uma dimensão extra de desafio para voar MMS, que já é uma tarefa complexa.

Pilotar uma nave espacial, como se poderia suspeitar, não é nada como dirigir um carro. Em vez de se concentrar em apenas duas dimensões - esquerda e direita, para a frente e para trás - você também deve considerar para cima e para baixo. Adicione a isso, mantendo as quatro espaçonaves MMS na formação tetraédrica específica necessária para o mapeamento tridimensional, e você tem um grande desafio. E não se esqueça de evitar quaisquer detritos espaciais e outras espaçonaves que possam cruzar seu caminho. Oh, e cada espaçonave está girando como um pião, adicionando outra camada à complexidade estonteante.

"Tipicamente, leva cerca de duas semanas para passar por todo o procedimento de desenho de manobras, "disse Trevor Williams, Líder de dinâmica de vôo MMS na NASA Goddard.

Williams lidera uma equipe de cerca de uma dúzia de engenheiros para garantir que a órbita do MMS permaneça no caminho certo. Durante uma semana normal de operações, as manobras, que foram cuidadosamente elaborados e calculados de antemão, são finalizados em uma reunião no início da semana.

Para calcular sua localização, MMS usa GPS, como um smartphone. A única diferença é que este receptor GPS está muito acima da Terra, mais alto do que os satélites GPS enviando os sinais.

"Estamos usando o GPS para fazer algo para o qual ele não foi projetado, mas funciona, "Disse Woodard.

Como o GPS foi projetado com os usuários ligados à Terra em mente, os sinais são transmitidos para baixo, tornando difícil o uso de cima. Felizmente, sinais de satélites GPS são enviados amplamente para cobrir todo o planeta e, consequentemente, alguns do outro lado do planeta se esgueiram em torno da Terra e continuam no espaço, onde MMS pode observá-los. Usando um receptor especial que pode captar sinais fracos, O MMS é capaz de permanecer em contato GPS constante. A espaçonave usa os sinais de GPS para calcular automaticamente sua localização, que eles enviam para a sede do controle de vôo em Goddard. Os engenheiros então usam esse posicionamento para projetar as manobras para as órbitas da espaçonave.

Embora a órbita de cada espaçonave MMS seja quase idêntica, pequenos ajustes precisam ser feitos para manter a espaçonave em uma formação compacta. Os engenheiros também contam com relatórios da Análise de Risco de Avaliação de Conjunção da NASA, que identifica a localização de detritos espaciais e fornece notificação quando objetos, como um velho satélite de comunicações, pode cruzar o caminho do MMS. Embora nada ainda esteja em risco de colisão com MMS, a tripulação tem um plano de backup preparado - uma manobra de esquiva - caso seja necessário.

Nas quartas-feiras programadas, um ou dois por mês, os comandos são enviados para a espaçonave para ajustar a formação tetraédrica e fazer os ajustes de órbita necessários. Esses comandos dizem ao MMS para disparar seus propulsores em rajadas curtas, impulsionar a espaçonave para o local pretendido.

Mover MMS é um processo lento. Cada espaçonave é equipada com propulsores que fornecem quatro libras de empuxo, mas também pesam quase uma tonelada cada. Todas as espaçonaves giram como piões, portanto, o tempo de cada explosão precisa ser sincronizado com precisão para empurrar a espaçonave na direção certa.

No dia seguinte, uma vez que a espaçonave está em seus locais adequados, uma segunda rodada de comandos é dada para disparar os propulsores na direção oposta, para consertar a espaçonave em formação. Sem este comando, a espaçonave ultrapassaria suas posições pretendidas e se separaria sem nenhuma força de resistência para detê-los.

Ao contrário dos aviões, que constantemente acionam seus motores para se manter em movimento, a espaçonave confia em seu ímpeto para carregá-los ao redor de sua órbita. Apenas rajadas curtas de seus propulsores, durando apenas alguns minutos, são obrigados a manter sua formação e fazer pequenos ajustes na órbita.

"Passamos 99,9 por cento do tempo desacelerando porque precisamos poupar combustível, "Williams disse.

Lançado com 904 libras de combustível, a espaçonave usou apenas cerca de 140 libras em seus primeiros dois anos de operação. Contudo, enviar o MMS para uma órbita mais ampla para sua segunda fase consumirá cerca de metade do combustível restante - e não há postos de gasolina no espaço para reabastecimento. A tripulação de operações planeja cuidadosamente cada manobra para minimizar o consumo de combustível. Manobras típicas consomem menos de meio quilo de combustível e a tripulação espera que seus esforços de conservação de combustível economizem ao MMS combustível suficiente para permitir estudos estendidos além do final da missão principal.

A nova órbita elíptica levará MMS para dentro de 600 milhas acima da superfície da Terra em sua abordagem mais próxima, e cerca de 40 por cento da distância até a lua. Anteriormente, a espaçonave percorreu apenas um quinto (20 por cento) da distância até a lua.

Na primeira fase da missão, MMS investigou o lado solar da magnetosfera da Terra, onde as linhas do campo magnético do sol se conectam às linhas do campo magnético da Terra, permitindo que o material e a energia do sol sejam canalizados para o espaço próximo à Terra. Na segunda fase, MMS vai passar pela noite, onde se acredita que a reconexão desencadeia auroras.

Além de nos ajudar a entender nosso próprio ambiente espacial, aprender sobre as causas da reconexão magnética lança luz sobre como esse fenômeno ocorre em todo o universo, das auroras na Terra, a chamas na superfície do sol, e até mesmo em áreas ao redor de buracos negros.

Embora o MMS não mantenha sua formação tetraédrica à medida que se move para sua nova órbita, ele continuará levando dados sobre os ambientes por onde voa. A equipe de operações espera que o MMS alcance sua nova órbita em 4 de maio, 2017, nesse ponto, ele estará de volta à formação e pronto para coletar novos dados científicos 3-D, já que sua órbita elíptica o transporta através de áreas específicas consideradas locais de reconexão magnética.