p Imagine estar no telhado de um edifício em Los Angeles e tentar apontar um laser com tanta precisão que você poderia atingir um edifício específico em San Diego, mais de 100 milhas (160 quilômetros) de distância. Essa precisão é necessária para o feito que uma nova demonstração de tecnologia a bordo da missão Gravity Recovery e Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO), que será lançada em breve, terá como objetivo alcançar. Pela primeira vez, uma técnica promissora chamada interferometria de alcance a laser será testada entre dois satélites. p GRACE-FO, programado para lançamento em 19 de maio, dá continuidade ao rico legado da missão GRACE original, que foi lançado em 2002 em uma missão planejada de cinco anos e concluiu as operações em outubro de 2017. Entre seus insights, GRACE transformou nossa compreensão do ciclo global da água, mostrando como as massas de água líquida e gelo mudam a cada mês. A missão também acrescentou ao nosso conhecimento das mudanças em grande escala na Terra sólida. GRACE-FO dará continuidade às medições de referência do GRACE por pelo menos mais cinco anos, melhorando ainda mais a compreensão científica dos processos do sistema terrestre e a precisão do monitoramento e previsões ambientais.

p Como o GRACE funcionou?

p O GRACE obteve seus dados sobre o movimento da massa da Terra medindo com precisão pequenas mudanças na distância entre duas espaçonaves que voavam uma atrás da outra ao redor da Terra. Quando os satélites encontraram uma mudança na distribuição da massa da Terra - como uma cadeia de montanhas ou massa de água subterrânea - a atração gravitacional da Terra na espaçonave mudou a distância entre eles. As montanhas do Himalaia, por exemplo, mudou a distância de separação em cerca de três centésimos de polegada (80 micrômetros). Calculando com precisão a cada mês como a distância de separação dos satélites mudou durante cada órbita e ao longo do tempo, foi possível detectar mudanças na distribuição de massa da Terra com alta precisão.

p Medir a mudança na separação entre as espaçonaves foi possível com um alto grau de precisão porque cada espaçonave estava transmitindo microondas em direção à outra. A maneira como as ondas interagiam umas com as outras - a maneira como interferiam umas com as outras - criou um interferômetro de micro-ondas no espaço. Este processo essencialmente transformou as duas espaçonaves em um único instrumento que poderia medir com muita precisão a mudança de distância entre elas, o que, por sua vez, pode estar relacionado a mudanças na distribuição de massa na Terra.

p O que há de novo no GRACE-FO?

p GRACE-FO trabalha com esses mesmos princípios. Cada espaçonave carrega novamente um instrumento de micro-ondas para rastrear mudanças na distância de separação. Mas GRACE-FO também traz algo novo:uma demonstração de tecnologia de um interferômetro de alcance a laser (LRI), administrado em conjunto pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, e o Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert-Einstein Institut) em Hanover, Alemanha. Além de transmitir microondas entre si, os satélites GRACE-FO lançarão lasers uns contra os outros.

p Uma vez que os comprimentos de onda em um feixe de laser são significativamente mais curtos do que os comprimentos de onda de microondas, o interferômetro de alcance a laser melhorará a precisão do rastreamento das mudanças de separação - assim como medir em milímetros em vez de centímetros seria mais preciso. O interferômetro do GRACE-FO detectará mudanças na distância mais de 10 vezes menores do que o que o instrumento de microondas detecta - mudanças na ordem de 100 vezes mais estreitas do que um fio de cabelo humano.

p "Com GRACE-FO, estamos pegando algo de ponta do laboratório e deixando-o pronto para o voo espacial, "disse Kirk McKenzie, o gerente de instrumentos LRI no JPL. "O motivo pelo qual passamos décadas trabalhando no laboratório é para ver nossa tecnologia possibilitar um novo tipo de medição e resultar em descobertas científicas."

p Cada satélite GRACE-FO será capaz de detectar o sinal de laser do outro. Mas isso não é tarefa fácil. Cada laser tem a potência de cerca de quatro ponteiros de laser e deve ser detectado por uma espaçonave a uma média de 137 milhas (220 quilômetros) de distância. Mesmo a montagem ultraprecisa dos satélites não é suficiente para garantir que o laser transmitido de cada espaçonave estará bem alinhado para atingir a outra espaçonave.

p Como resultado, McKenzie explica, a primeira vez que o interferômetro de alcance a laser é ligado, os componentes do LRI em cada espaçonave precisam realizar uma varredura para enviar os sinais do instrumento e tentar "capturar" os sinais do outro em todas as configurações possíveis. A espaçonave tem tantas configurações possíveis, leva nove horas. Por um milissegundo dessas nove horas, haverá um flash em ambas as espaçonaves para mostrar que estão se falando. Após esta aquisição de sinal ocorrer uma vez, o link óptico do interferômetro será formado e, em seguida, o instrumento será projetado para operar de forma contínua e autônoma.

p "Estamos tentando algo que é muito difícil - a primeira demonstração de interferometria a laser no espaço entre satélites, "disse Gerhard Heinzel, o gerente de instrumentos do Instituto Max Planck. "Mas é muito gratificante resolver um problema e encontrar algo que funcione."

p A dificuldade da tarefa exigia o aproveitamento de diferentes áreas de especialização. JPL supervisionou o laser no interferômetro, eletrônica de medição e cavidade óptica. O Instituto Max Planck era responsável pela ótica, detectores, espelhos e divisores de feixe. O interferômetro de alcance a laser GRACE-FO também aproveitou a história de 15 anos de colaboração dos dois grupos na tecnologia por trás da missão do Interferômetro Laser na Antena Espacial da ESA / NASA (LISA), que será lançado no início de 2030.

p Por que tentar algo tão difícil?

p "O interferômetro de alcance a laser no GRACE-FO é potencialmente uma tecnologia capacitadora para futuras missões ao redor da Terra ou mesmo para olhar o universo, "disse Frank Webb, Cientista do projeto GRACE-FO no JPL. "Esta nova, a medição de maior precisão deve permitir missões mais eficientes no futuro com menor massa, potência e custo. Estamos ansiosos para ver seu desempenho e quais novos sinais podemos extrair dos dados. "

p Se for bem sucedido, esta nova tecnologia, junto com um acelerômetro aprimorado, promete melhorar a resolução de futuras missões como o GRACE-FO para mais de 200 milhas (300 quilômetros) de diâmetro, permitindo que futuras missões rastreiem e identifiquem mudanças em corpos d'água menores, gelo e a Terra sólida.