A missão EnVision da ESA a Vénus irá realizar mapeamento óptico, espectral e radar do planeta irmão da Terra. Mas antes de começar a trabalhar, a espaçonave do tamanho de uma van precisa "aerofrear" - baixando sua órbita com milhares de passagens pela atmosfera quente e espessa do planeta por até dois anos. Uma instalação exclusiva da ESA está atualmente testando materiais candidatos para naves espaciais para verificar se eles podem suportar com segurança esse processo desafiador de surf atmosférico.
“O EnVision, como atualmente concebido, não pode ocorrer sem esta longa fase de aerofrenagem”, explica o gerente de estudos EnVision da ESA, Thomas Voirin.

"A espaçonave será injetada na órbita de Vênus a uma altitude muito alta, a aproximadamente 250.000 km, então precisamos descer para uma órbita polar de 500 km de altitude para operações científicas. Voando em um Ariane 62, não podemos pagar todo o propelente extra seria necessário para diminuir nossa órbita. Em vez disso, desaceleraremos através de repetidas passagens pela atmosfera superior de Vênus, chegando a 130 km da superfície."

A nave espacial predecessora da EnVision, a Venus Express, realizou aerofrenagem experimental durante os meses finais de sua missão em 2014, reunindo dados valiosos sobre a técnica. A aerofrenagem foi usada operacionalmente pela primeira vez em 2017 pelo ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) da ESA para diminuir sua órbita ao redor do Planeta Vermelho durante um período de 11 meses.

Thomas observa:"A aerofrenagem em torno de Vênus será muito mais desafiadora do que para o TGO. Para começar, a gravidade de Vênus é cerca de 10 vezes maior que a de Marte. Isso significa que velocidades cerca de duas vezes maiores do que para o TGO serão experimentadas por a espaçonave ao passar pela atmosfera - e o calor é gerado como um cubo de velocidade.Conseqüentemente, o EnVision tem que atingir um regime de aerofrenagem mais baixo, resultando em uma fase de aerofrenagem duas vezes mais longa.

"Além disso, também estaremos muito mais próximos do Sol, experimentando cerca do dobro da intensidade solar da Terra, com as espessas nuvens brancas da atmosfera refletindo muita luz solar diretamente de volta ao espaço, que também precisa ser Então, além de tudo isso, percebemos que tínhamos que contar com outro fator sobre as milhares de órbitas que imaginamos, anteriormente apenas experimentadas em órbita baixa da Terra:oxigênio atômico altamente erosivo."

Este é um fenômeno que permaneceu desconhecido durante as primeiras décadas da era espacial. Foi somente quando os primeiros vôos do ônibus espacial retornaram de órbita baixa no início dos anos 1980 que os engenheiros receberam um choque:os cobertores térmicos da espaçonave haviam sido severamente erodidos.

O culpado acabou sendo o oxigênio atômico altamente reativo – átomos individuais de oxigênio nas franjas da atmosfera, resultado de moléculas de oxigênio padrão do tipo encontrado logo acima do solo sendo quebradas pela poderosa radiação ultravioleta do Sol. Hoje, todas as missões abaixo de cerca de 1.000 km precisam ser projetadas para resistir ao oxigênio atômico, como as Sentinelas Copérnico da Europa, que observam a Terra, ou qualquer hardware construído para a Estação Espacial Internacional.

Observações espectrais de anteriores orbitadores de Vênus de brilho aéreo acima do planeta confirmam que o oxigênio atômico também está generalizado no topo da atmosfera venusiana, que é mais de 90 vezes mais espessa que o ar circundante da Terra.

Thomas diz:"A concentração é bastante alta, com uma passagem não importa tanto, mas milhares de vezes ela começa a se acumular e acaba com um nível de fluência de oxigênio atômico que temos que levar em conta, equivalente ao que nós experiência em órbita baixa da Terra, mas em temperaturas mais altas."

A equipa EnVision recorreu a uma instalação europeia única construída especificamente pela ESA para simular oxigénio atómico em órbita. O Low Earth Orbit Facility, LEOX, faz parte do Laboratório de Materiais e Componentes Elétricos da Agência, sediado no centro técnico ESTEC da ESA na Holanda.

O engenheiro de materiais da ESA Adrian Tighe explica:"O LEOX gera oxigénio atómico a níveis de energia equivalentes à velocidade orbital. O oxigénio molecular purificado é injectado numa câmara de vácuo com um feixe de laser pulsante focado nele. Isto converte o oxigénio num plasma quente cuja rápida a expansão é canalizada ao longo de um bocal cônico, que então se dissocia para formar um feixe altamente energético de oxigênio atômico.

"Para funcionar de forma confiável, o tempo do laser deve permanecer preciso na escala de milissegundos e direcionado para uma precisão medida em milésimos de milímetro, durante os quatro meses de duração desta campanha de teste atual.

"Esta não é a primeira vez que a instalação foi usada para simular um ambiente orbital extraterrestre - já realizamos testes de oxigênio atômico em materiais candidatos à matriz solar para a missão Juice da ESA, porque observações telescópicas sugerem que oxigênio atômico será encontrado nas atmosferas de Europa e Ganimedes. No entanto, para o EnVision a temperatura elevada durante a aerofrenagem representa um desafio adicional, então a instalação foi adaptada para simular este ambiente venusiano mais extremo."

Uma variedade de materiais e revestimentos de diferentes partes da espaçonave EnVision, incluindo isolamento multicamada, peças de antena e elementos rastreadores de estrelas, são colocados dentro de uma placa para serem expostos ao feixe LEOX de brilho roxo. Ao mesmo tempo, esta placa está sendo aquecida para imitar o fluxo térmico esperado, até 350°C.

Thomas acrescenta:"Queremos verificar se essas peças são resistentes à erosão e também mantêm suas propriedades ópticas - ou seja, não se degradam ou escurecem, o que pode ter efeitos indiretos em termos de comportamento térmico, porque temos instrumentos científicos que devem manter uma temperatura definida. Também precisamos evitar descamação ou liberação de gases, que levam à contaminação."

Esta campanha de teste atual faz parte de um painel maior que analisa a aerofrenagem do EnVision, incluindo o uso de um banco de dados climático de Vênus desenvolvido a partir de resultados de missões anteriores para estimar a variabilidade local da atmosfera do planeta para definir margens seguras para a espaçonave.

Os resultados desta campanha de testes são esperados no final deste ano. + Explorar mais

Nova técnica de controle automático usa painéis solares de naves espaciais para alcançar a órbita desejada em Marte