Quando uma nave espacial desce de volta à Terra, a atmosfera e os seus efeitos não podem ser ignorados. Sendo um veículo hipersónico (aquele que se move a velocidades superiores a cinco vezes a velocidade do som), a nave experimenta diversas forças que devem ser cuidadosamente geridas para facilitar a reentrada segura e controlada.

1. Arrasto atmosférico

Quando uma espaçonave entra na atmosfera da Terra, ela encontra arrasto, que é uma força que se opõe ao seu movimento. Esse atrito entre a superfície do veículo e as moléculas de ar faz com que a espaçonave diminua a velocidade.

O calor gerado pela fricção com as moléculas de ar aumenta a temperatura tanto do revestimento externo da espaçonave quanto do ar circundante. Este calor é denominado aquecimento aerotérmico.

2. Pressão e ondas de choque

A alta velocidade com que uma espaçonave reentra na atmosfera faz com que o ar à sua frente se comprima, resultando em um aumento na pressão. Isso gera uma onda de choque que se propaga para fora do nariz da espaçonave.

A onda de choque resulta em mudanças repentinas e significativas de pressão, causando vibrações intensas em toda a espaçonave. Estas vibrações podem danificar equipamentos sensíveis e perturbar as operações de voo se não forem geridas adequadamente.

3. Apagão de plasma e rádio

A passagem em alta velocidade da espaçonave pela atmosfera leva à ionização das moléculas de ar, o que cria uma camada de plasma ao redor do veículo. Este plasma reflete ondas de rádio, causando apagão de radiofrequência. Isto pode interromper os links de comunicação com as estações terrestres, complicando o rastreamento e o controle durante a reentrada.

4. Implantação de pára-quedas

Para reduzir ainda mais a sua velocidade, a espaçonave pode lançar pára-quedas. Esses dispositivos usam o arrasto criado pelo aumento da área de superfície para desacelerar a espaçonave.

5. Respingo

Como etapa final, a espaçonave entra na água a uma velocidade controlada. Isto é feito para reduzir as forças de impacto e vibrações potencialmente perigosas que podem surgir durante um pouso forçado.

O design e os materiais utilizados na construção de uma nave espacial são críticos para resistir às forças extremas encontradas durante a reentrada e garantir o regresso seguro do veículo e dos seus passageiros.

A Engenharia do Splashdown:NASA e SpaceX

O processo de splashdown envolve múltiplas considerações e sistemas importantes de engenharia. Vamos explorar como a NASA e a SpaceX lidam com esta fase de suas missões.

1. Planejando a reentrada

Antes da reentrada, os engenheiros aeroespaciais calculam cuidadosamente a trajetória, o ângulo e a velocidade com que a espaçonave deve cruzar a atmosfera da Terra. Esses cálculos visam equilibrar segurança e eficiência de combustível.

2. Blindagem térmica

Para proteger a espaçonave do intenso aquecimento aerotérmico, tanto a NASA quanto a SpaceX utilizam sistemas de proteção térmica (TPS). Consistem em materiais que suportam altas temperaturas, normalmente feitos de materiais ablativos ou materiais compósitos.

Por exemplo, a espaçonave Orion da NASA utiliza um sistema avançado de proteção térmica conhecido como material Avcoat, que é um composto de fibra de carbono revestido com uma camada de sílica. O material pode suportar temperaturas de até 2.200 graus Celsius (3.992 graus Fahrenheit).

Enquanto isso, a espaçonave Dragon da SpaceX emprega um escudo térmico PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator). PICA é um material leve e altamente eficaz que pode suportar temperaturas de até 2.760 graus Celsius (5.000 graus Fahrenheit).

3. Manobra

Para suportar as intensas vibrações causadas pelas ondas de choque, naves espaciais como Orion e Dragon são projetadas com formas aerodinâmicas que minimizam os efeitos das ondas de choque. Eles também empregam sistemas de controle que ajustam a atitude da espaçonave e a estabilizam durante a reentrada.

4. Tratamento de apagão de rádio

Para gerenciar a fase de blecaute de rádio, a NASA e a SpaceX utilizam múltiplas estratégias de comunicação. Isso pode incluir a instalação de sistemas de comunicação redundantes e diversos na espaçonave, o uso de sinais de alta frequência que podem penetrar melhor na camada ionizada e o planejamento estratégico de passagens de comunicação.

5. Implantação de pára-quedas

Assim que a espaçonave desacelera o suficiente, pára-quedas são acionados para reduzir ainda mais a velocidade. A espaçonave Orion da NASA usa três pára-quedas, cada um com mais de 30 metros de diâmetro, para atingir a taxa de descida desejada.

A espaçonave Dragon da SpaceX, por outro lado, emprega um sistema exclusivo de pára-quedas duplo. Os pára-quedas drogue são acionados primeiro para estabilizar a nave. Em seguida, os paraquedas principais, maiores e mais potentes, são liberados para garantir uma descida controlada e segura.

Conclusão

Splashdown é uma fase crítica do processo de reentrada de uma espaçonave que requer engenharia e planejamento meticulosos. A NASA e a SpaceX desenvolveram e implementaram tecnologias inovadoras para gerir as diversas forças e desafios encontrados durante esta fase, garantindo o regresso seguro dos astronautas e de cargas úteis valiosas.