p Dois difíceis, espaçonaves resilientes da NASA têm orbitado a Terra nos últimos seis anos e meio, voando repetidamente através de uma zona perigosa de partículas carregadas conhecidas como cinturões de radiação de Van Allen. As sondas gêmeas de Van Allen confirmaram teorias científicas e revelaram novas estruturas, composições, e processos em funcionamento nessas regiões dinâmicas. p Em fevereiro, a equipe de operações da missão Van Allen Probes no Johns Hopkins Applied Physics Laboratory - onde as sondas foram projetadas e construídas - iniciou uma série de manobras de descida em órbita que posicionarão os satélites para uma eventual reentrada na atmosfera da Terra em aproximadamente 15 anos.

p "Na nova altitude, o arrasto aerodinâmico vai derrubar os satélites e, eventualmente, queimá-los na alta atmosfera, "disse Nelli Mosavi, gerente de projeto das Sondas Van Allen na APL. "Nossa missão é obter ótimos dados científicos e também garantir a prevenção de mais detritos espaciais para que as próximas gerações também tenham a oportunidade de explorar o espaço."

p Originalmente designada como uma missão de dois anos porque ninguém acreditava que uma espaçonave pudesse sobreviver por mais tempo nos cinturões de radiação que circundam a Terra, essas naves espaciais robustas operam sem incidentes desde 2012 e continuam a permitir descobertas inovadoras sobre os cinturões de Van Allen.

p "A espaçonave e os instrumentos nos deram uma visão incrível das operações da espaçonave em um ambiente de alta radiação, "Mosavi disse." Todos na missão sentem um verdadeiro sentimento de orgulho e realização pelo trabalho que fizemos e pela ciência que fornecemos ao mundo - mesmo quando começamos as manobras de desorbitação. "

p Um ambiente hostil

p Os cinturões de radiação da Terra são feitos de partículas energizadas - prótons e elétrons - presas em uma órbita eterna ao redor do planeta.

p "Sabemos que outros planetas em nosso sistema solar com campos magnéticos têm cinturões de radiação, "disse Sasha Ukhorskiy, um cientista de projeto na APL. "Podemos presumir que outros corpos em todo o universo também. Ao estudar os cinturões e a física associada a eles aqui na Terra, e usando nosso mundo como um laboratório natural, podemos aprender como essas estruturas funcionam em torno de outros objetos no universo com campos magnéticos. "

p O campo magnético ao redor da Terra cria uma bolha conhecida como magnetosfera, que protege o planeta de explosões de plasma enviadas pelo sol. Mas também serve para capturar partículas e pode eventualmente estabelecer essas populações de partículas de alta energia em cinturões de radiação ao redor da Terra.

p Uma complexa cadeia de processos ocorre neste ambiente próximo à Terra, agindo como um acelerador de partículas gigante e acelerando algumas partículas até quase a velocidade da luz - mais de 670 milhões de milhas por hora. Essas partículas altamente energizadas nos cinturões de radiação podem representar uma série de perigos para as operações espaciais, pois podem danificar componentes eletrônicos sensíveis.

p Durante tempestades solares, as condições pioram, e os cintos podem aumentar de tamanho, ameaçando espaçonaves próximas.

p "Nosso campo magnético faz um ótimo trabalho nos protegendo dessas explosões solares, "disse David Sibeck, um cientista da missão no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Mas parte de sua energia penetra profundamente no campo da Terra e, por meio de uma variedade de mecanismos, liga as correias de radiação. Quando isso acontecer, espaçonave nos cinturões é melhor olhar para fora:o problema está à frente na forma de curtos-circuitos, memória do computador interrompida, e falha do instrumento. "

p As sondas Van Allen foram projetadas e construídas para serem resilientes nesse ambiente extremo - e até mesmo seus construtores ficaram surpresos com sua capacidade de resistir a tais condições adversas.

p "Nos últimos seis anos e meio, as sondas Van Allen completaram três circuitos completos em torno da magnetosfera, e mediu mais de 100 tempestades geomagnéticas, "Ukhorskiy disse." As Sondas Van Allen verificaram e quantificaram as teorias sugeridas anteriormente, descobriram novos mecanismos que podem esculpir as populações de partículas energéticas próximas à Terra, e usou instrumentos com capacidade única para revelar características inesperadas que eram quase invisíveis para os sensores anteriores. "

p As informações sobre partículas e ondas fornecidas pelas sondas Van Allen provaram ser um tesouro para a pesquisa da física espacial. As descobertas e observações incluem várias estruturas de cinto, incluindo um terceiro cinturão observado logo após o lançamento; respostas definitivas sobre processos de aceleração de partículas; e a descoberta de uma região de barreira quase impenetrável que impede que os elétrons mais rápidos e mais energéticos cheguem à Terra.

p "Os dados das Probes Van Allen levaram a mais de 560 artigos publicados em revistas científicas revisadas por pares desde o lançamento da missão, "Ukhorskiy disse." A maioria desses artigos são liderados por autores não diretamente afiliados às equipes científicas da missão. E a taxa de publicação tem crescido constantemente desde o lançamento da missão; a cada quatro dias, um novo artigo é publicado em uma revista internacional revisada por pares. "

p Construído para sobreviver

p Desde o lançamento da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, Flórida, em 30 de agosto, 2012, as sondas gêmeas Van Allen entregaram aos cientistas uma visão sem precedentes da composição e dos processos dentro dos cintos. As sondas - conhecidas como espaçonaves A e B - foram as primeiras espaçonaves projetadas para passar anos operando e estudando os cinturões de radiação, uma região que a maioria das missões espaciais evita por causa dos riscos de danos ao meio ambiente.

p "Projetar a espaçonave e os instrumentos para resistir a um ambiente de radiação muito severo foi o desafio mais difícil para as Sondas Van Allen durante o projeto e desenvolvimento, "disse Rick Fitzgerald, que serviu como gerente de projeto da missão na APL de 2007 a 2012. "A radiação pode causar danos aos componentes eletrônicos, levando a um comportamento errático ou falha total. Reduzimos o risco de falha por meio de um rigoroso processo de revisão de design, seleção cuidadosa de peças eletrônicas, e testes extensivos de peças e materiais. "

p Para proteger os eletrônicos sensíveis das naves espaciais, a equipe adicionou escudos ao redor dos instrumentos para evitar o acúmulo de cargas elétricas. "Todos os circuitos integrados foram projetados para sobreviver nas correias, e a espaçonave tem um sistema de gerenciamento de falhas e autonomia, que atenua os efeitos do meio ambiente, reiniciando a eletrônica em resposta a efeitos de evento único, "disse Kristin Fretz da APL, engenheiro de sistema de missão de 2013 a 2018.

p O design está à altura do desafio.

p "Tivemos muito poucos erros momentâneos ou 'problemas' em nossa eletrônica em órbita, e nenhuma falha na caixa de eletrônicos até o momento, "Fitzgerald disse." Esta é a verdadeira validação de todo o trabalho árduo colocado no design e no programa de teste antes do lançamento. "

p A longevidade e resiliência da espaçonave e dos instrumentos significam que não apenas eles ainda estão entregando grandes volumes de dados para a Terra, eles também estão ensinando engenheiros de espaçonaves sobre as operações nos cinturões.

p "As sondas Van Allen se tornaram essencialmente uma instalação de teste ao vivo para a compreensão de como a eletrônica e os materiais podem sobreviver à radiação severa, "Fitzgerald disse." Os seis anos e meio em órbita fornecem novos dados a serem usados ​​nos modelos que determinam como fabricar, como selecionar, e como prever o desempenho de peças e materiais em órbita. "

p Manobras finais

p A espaçonave continua a operar de forma otimizada, e os suprimentos de propelente são abundantes. Contudo, Os regulamentos da NASA exigem a saída controlada e a remoção da órbita de todas as espaçonaves após um período de 25 anos a partir do final da missão. Para atender a esse requisito, a equipe de Van Allen Probes em 2017 começou a planejar como abaixar a espaçonave em órbitas que eventualmente decairiam e levariam à reentrada pela atmosfera, desintegrando-os com segurança.

p “Se não fizéssemos essas manobras, as sondas Van Allen continuariam orbitando por centenas ou milhares de anos, apresentar um problema potencial para as atividades futuras de satélite, "disse Justin Atchison da APL, Designer de missão Van Allen Probes.

p Para abaixar a espaçonave, a equipe de operações da missão deve realizar as manobras em um ponto muito específico da órbita e em uma determinada época do ano, e deve realizar a operação em etapas, em vez de uma longa queima de motor.

p "Precisamos manobrar quando os satélites estão em seu ponto mais alto de órbita longe da Terra, ou o que é conhecido como apogeu, "Atchison disse." Idealmente, faríamos toda a mudança de órbita em uma única manobra em um único dia. Contudo, somos limitados pela capacidade dos propulsores, que normalmente são usados ​​apenas para manobras muito pequenas para ajustar levemente a órbita ou o apontamento. Portanto, temos que dividir a manobra em segmentos menores para atingir o objetivo. "

p A equipe vem ensaiando e praticando a campanha de redução da órbita e está pronta para iniciar esta nova etapa da vida da missão.

p "A missão Van Allen Probes fez um trabalho tremendo ao caracterizar os cinturões de radiação e nos fornecer as informações completas necessárias para deduzir o que está acontecendo neles, "Sibeck disse." Mais de seis anos de entusiasmo ininterrupto e descobertas que nos fornecem as informações necessárias para garantir que a espaçonave possa sobreviver em alguns dos ambientes mais hostis conhecidos pela humanidade. Na verdade, a própria sobrevivência dessas espaçonaves e todos os seus instrumentos, praticamente ileso, depois de todos esses anos é uma conquista e uma lição aprendida sobre como projetar espaçonaves. "