Uma missão de radar de alta resolução para a "gêmea do mal" da Terra, Vênus, uma nave espacial para detectar as explosões mais poderosas do Universo e um observatório para o frio, cosmos empoeirados para investigar as origens das estrelas:O Concurrent Design Facility da ESA realizou estudos de viabilidade de candidatos rivais para a quinta missão de classe média no programa de ciências Cosmic Vision da Agência, planejado para lançamento em 2032.

O Concurrent Design Facility, ou CDF, parece uma sala de controle de vôo, acima do conjunto principal de laboratórios espaciais no centro técnico da ESA na Holanda. Os consoles interligados são colocados em frente a uma parede multimídia de 6 m de comprimento, para hospedar representantes de todas as disciplinas da missão espacial. Contudo, este não é um lugar para orientar satélites, mas para criá-los.

Equipes de especialistas se reúnem aqui para realizar estudos iniciais de missões futuras propostas, estabelecendo rapidamente sua viabilidade antes do desenvolvimento industrial subsequente. O CDF realizou mais de 250 estudos até o momento em mais de 20 anos de operações, incluindo inúmeras missões que foram desenvolvidas para o espaço, como Solar Orbiter, Athena e OpsSat.

"A engenharia simultânea envolve reunir todos os especialistas necessários em uma única sala para trabalharem juntos em tempo real, "explica Massimo Bandechhi, fundador do CDF.

Assim como uma equipe de controle de missão, representantes especializados de todos os sistemas de espaçonaves se reúnem, incluindo estruturas e configuração, mecanismos, dinâmica de vôo, potência, controle térmico e propulsão, bem como especialistas em risco técnico, organização e engenharia de custos. Essa equipe combinada trabalha em um projeto para atender aos objetivos da missão dentro da massa definida, custo e limites de tempo.

“A colaboração é baseada em um modelo de software compartilhado da missão. A configuração deste modelo é atualizada conforme qualquer alteração do subsistema é feita, mostrando os impactos no nível do sistema de cada atualização para todos de uma vez. Com todas as disciplinas contribuindo ao mesmo tempo e lugar, lidamos com problemas de todos os pontos de vista, para transformar um processo naturalmente sequencial em algo mais 'concorrente'. "

O CDF realizou recentemente estudos dos três candidatos à missão M5 da Direção de Ciências da ESA, para definir os conceitos de missão em detalhes e ver como eles operariam na prática, identificar todas as tecnologias críticas necessárias para tornar cada missão possível e analisar seu provável custo de desenvolvimento, risco e cronograma.

EnVision

O EnVision é uma missão de voar um sistema de radar de alta resolução para o nosso planeta estufa Vênus para detectar movimentos terrestres em escala centimétrica como evidência da atividade vulcânica atual, bem como transportar um sonorizador de radar de subsuperfície e um conjunto de espectrômetros para pesquisar gases de rastreamento em sua espessura, atmosfera tóxica.

O estudo do CDF descobriu que as condições venusianas têm consequências para o projeto do instrumento principal:a frequência do radar foi escolhida para minimizar a interferência das gotículas de ácido sulfúrico que mudam de fase na atmosfera.

O estudo considerou opções de propulsão química e elétrica para a espaçonave, e investigou como o EnVision poderia tirar proveito da atmosfera de Vênus para entrar em órbita com aerofrenagem. A espaçonave precisaria levar em consideração a temperatura mais alta da órbita de Vênus - duas vezes o normal da Terra - com tinta preta, Acondicionamento de isolamento multicamadas de 10 camadas, tubos de calor e refletores ópticos de superfície.

Questões térmicas foram levantadas para o segmento terrestre da missão também, com crio-resfriamento proposto para maximizar a sensibilidade da antena para melhor recuperação dos resultados da missão. O EnVision está sendo estudado como uma missão da ESA com contribuições significativas da NASA.

Teseu

Teseu, um acrônimo para Transient High Energy Sky e Early Universe Surveyor detectaria fontes de raios-X e raios gama em todo o céu. Em particular, Teseu foi projetado para alcançar um grande avanço na descoberta de Gamma Ray Burst (GRBs) em escalas cosmológicas de redshift.

Acredita-se que essas explosões massivas de galáxias distantes sejam causadas pelo colapso de estrelas supermassivas do primeiro bilhão de anos do Universo, oferecendo uma visão sobre a primeira geração de estrelas, e pela fusão de estrelas de nêutrons - o último tipo de evento também produzindo ondas gravitacionais.

Teseu carregaria um telescópio infravermelho (IR), um gerador de imagens de raios X soft e um espectrômetro de raios X e gama (ou 'raios y'). Localizando rapidamente cada nova fonte transitória de alta energia dentro do campo de visão do telescópio infravermelho - para uma linha de base de menos de 10 segundos - Teseu será capaz de caracterizar as propriedades da galáxia hospedeira onde o GRB ocorreu - e o mais importante, seu distância.

O estudo do CDF o colocou em uma órbita terrestre baixa quase equatorial para maximizar seu contato com as estações terrestres - permitindo que ele levantasse o alerta rapidamente para observações terrestres de acompanhamento. Ele orbitaria com inclinação suficientemente baixa para minimizar a exposição à radiação da anomalia do Atlântico Sul, uma torção no campo magnético protetor da Terra.

Spica

Spica é um projeto conjunto europeu-japonês que oferece uma melhoria significativa nas capacidades espectroscópicas e de pesquisa de infravermelho distante, capaz de espiar através das nuvens de poeira que normalmente obscurecem os locais de nascimento das estrelas.

Ele operaria a partir do segundo ponto Terra-Sol de Lagrange - 1,5 milhão de quilômetros de distância da Terra na direção oposta do Sol - com um telescópio resfriado ativamente de 2,5 m de diâmetro.

O estudo do CDF incluiu uma análise de como a Spica se beneficiaria da herança tecnológica das missões Herschel e Planck da ESA, bem como dos sistemas de controle de atitude necessários para avançar entre seus alvos astronômicos.

Opções também foram fornecidas para o armazenamento de dados a bordo da missão, sistema de comunicações e segmento terrestre, para retornar suas descobertas ao solo.

Próximos passos

Todos os três estudos objetivaram minimizar o uso de novas tecnologias e maximizar as peças comerciais prontas para uso, para a melhor combinação de custo e risco. Com a viabilidade de todos os três conceitos de missão estabelecidos, eles agora procedem a contratos industriais paralelos, para produzir projetos detalhados para seleção futura.