Se lançada até 2028, uma espaçonave pode alcançar Oumuamua em 26 anos

Se lançada até 2028, uma espaçonave pode alcançar Oumuamua em 26 anos

31 de janeiro de 2022 0 Por Jonas Estefanski
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Em outubro de 2017, o objeto interestelar ‘Oumuamua passou pelo nosso Sistema Solar, deixando muitas perguntas em seu rastro. Não apenas foi o primeiro objeto desse tipo a ser observado, mas os dados limitados que os astrônomos obtiveram quando ele saiu do nosso Sistema Solar deixou todos coçando a cabeça. Ainda hoje, quase cinco anos depois que este visitante interestelar fez seu sobrevoo, os cientistas ainda estão incertos sobre sua verdadeira natureza e origens. No final, a única maneira de obter algumas respostas reais de ‘Oumuamua é alcançá-lo.

Curiosamente, há muitas propostas na mesa para missões que poderiam fazer exatamente isso. Considere o Projeto Lyra , uma proposta do Institute for Interestelar Studies (i4is) que contaria com tecnologia de propulsão avançada para encontrar objetos interestelares (ISOs) e estudá-los. De acordo com seu último estudo , se seu conceito de missão fosse lançado em 2028 e realizasse uma complexa manobra de Júpiter Oberth (JOM), seria capaz de alcançar ‘Oumuamua em 26 anos.

Em 30 de outubro de 2017, menos de duas semanas após a detecção de ‘Oumuamua, a Iniciativa para Estudos Interestelares (i4is) inaugurou o Projeto Lyra. O objetivo deste estudo de conceito era determinar se uma missão de encontro com ‘Oumuamua era viável usando tecnologias atuais ou de curto prazo. Desde então, a equipe i4is realizou estudos que consideraram alcançar a ISO usando propulsão nuclear-térmica (NTP) e um veleiro a laser , semelhante ao Breakthrough Starshot – um conceito de missão interestelar para alcançar Alpha Centauri em 20 anos.

Como eles descrevem em seu estudo, a maioria dos métodos propostos anteriormente para alcançar 1I/’Oumuamua usando tecnologias de curto prazo exigem uma Manobra Solar Oberth (SOM). Um exemplo perfeito é o “ Sundiver ”, uma proposta feita pelo pesquisador Coryn Bailer-Jones do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA). Como ele descreveu para Universe Today em um artigo anterior , esse conceito se baseia na pressão de radiação do Sol para obter uma velocidade muito alta com uma vela leve.

“O princípio do efeito Oberth é aplicar seu impulso quando você está se movendo mais rápido em relação ao corpo que está orbitando, que é o Sol no caso do Sundiver”, disse ele. “Quanto mais perto você estiver do Sol em sua órbita, mais rápido você será. Então, para aproveitar o efeito Oberth, você precisa chegar o mais próximo possível do Sol.”

No coração do SOM e de outras manobras de Oberth está uma técnica conhecida como Gravity Assist , que tem sido usada para explorar o Sistema Solar desde o início dos anos 1970. Essa técnica envolve o uso da força gravitacional de três corpos, incluindo a espaçonave, um segundo corpo que fornece a “assistência” (normalmente um grande planeta) e o corpo central sobre o qual o caminho da espaçonave está sendo controlado.

Adam Hibberd, pesquisador do i4is, foi o principal autor deste último estudo do Lyra (intitulado “ Projeto Lyra: A Mission to 1I/’Oumuamua without Solar Oberth Maneuver .”) Antes de ingressar no i4is, Hibberd era um engenheiro aeroespacial que desenvolveu o Software de Trajetória Interplanetária Ótima (OITS). Quando ‘Oumuamua foi detectado, ele decidiu usar o OITS com este ISO como destino pretendido. Depois de descobrir sobre o Projeto Lyra, ele se juntou a eles e seus esforços de pesquisa logo depois.

Impressão artística do encontro da sonda Lightsail Project Lyra com um objeto interestelar (ISO). Crédito: i4is

Como ele explicou ao Universe Today via e-mail, a Solar Oberth Maneuver (SOM) depende de três mudanças discretas na velocidade (também conhecidas como impulsos) para sair do Sistema Solar. Esses incluem:

  1. Na Terra, para aumentar a distância máxima da espaçonave ao Sol (afélio),
  2. No afélio, para desacelerar e cair perto do Sol,
  3. No ponto mais próximo do Sol (periélio) quando a espaçonave está viajando mais rápido para obter um impulso extra

“Esse cenário de 3 impulsos foi descoberto por Theodore Edelbaum em 1959, embora o termo SOM pareça ter pegado. É o combustível ideal para gerar altas velocidades fora do sistema solar. Isso é precisamente o que é necessário para capturar um ISO quando o ISO passou pelo periélio e está se afastando rapidamente do sol.”

“ No entanto, essa configuração teórica desconsidera Júpiter. Assim, como uma pequena modificação, se desacelerarmos na etapa 2 com a ajuda de uma assistência gravitacional reversa de Júpiter, poderemos escapar com ainda menos combustível. É porque o SOM é tão eficiente na geração de altas velocidades que tem sido usado para pesquisar missões para ISOs.”

Procurando alternativas para um SOM, Hibbert e seus colegas consideraram usar uma rota testada pelo tempo que incorporaria a poderosa atração gravitacional de Júpiter. Parte de sua motivação para isso foram os desafios inerentes que uma manobra de assistência à gravidade solar apresenta. Embora essa manobra pareça ótima no papel, ela nunca foi executada antes e, portanto, tem uma baixa classificação de nível de prontidão tecnológica (TRL).

A missão Interstellar Probe seria a missão de maior alcance até hoje, ultrapassando as sondas Voyager e New Horizons. Crédito: NASA/JHUAPL

Além disso, há a questão de quanto aquecimento ocorrerá à medida que a espaçonave atingir o periélio durante a etapa 3 (entre 3 e 10 raios solares). Essas questões foram abordadas em um recente estudo conceitual da NASA Solar and Space Physics intitulado “ Interstellar Probe: Humanity’s Journey to Interestelar Space ”. Este estudo foi realizado para o Solar and Space Physics 2023–2032 Decadal Survey , que incluiu (entre outros) conceitos para uma sonda interestelar. No Anexo D2.2., o estudo aborda a proteção térmica no contexto de uma Manobra Solar Oberth:

“Ao contrário das missões anteriores, onde era necessário um design de escudo para uma determinada distância do Sol, o desafio da Interstellar Probe é ver quão perto do Sol uma espaçonave pode chegar de forma realista. À medida que a distância solar diminui, o ângulo de umbra aumenta e o tamanho do escudo, em relação à espaçonave, cresce significativamente.

“Como um esforço de projeto conceitual não pode incluir todas as limitações de projeto de material, fabricação e teste do projeto completo, a recomendação final da distância permissível do Sol é feita com base em onde o projeto parece estar se movendo de muito difícil para impossível.”

Como a Parker Solar Probe demonstra amplamente, aproximar-se do Sol requer um escudo térmico que possa lidar com o calor e a radiação extremos. No caso de Parker , esse escudo mede cerca de 2,44 metros (8 pés) de diâmetro e pesa quase 72,5 kg (160 lbs). Embora o tamanho e a massa de um escudo de calor para Lyra não sejam idênticos, é uma aposta justa que um escudo de calor solar resultaria em muita massa adicional para a vela de luz.

Um enxame de naves espaciais com velas a laser deixando o Sistema Solar. Crédito: Adrian Mann

Como alternativa, Hibberd e sua equipe recomendaram uma manobra de Júpiter Oberth (JOM), que seria lançada da Terra, giraria em torno de Vênus e da Terra, conduziria uma manobra de espaço profundo (DSM), passaria pela Terra novamente e receberia um Gravity Assist usando o Atração gravitacional. Isso é resumido pelo acrônimo VE-DSM-EJ, ou o mais comumente usado VEE-GA – Venus, Earth, Earth, Gravity Assist. Como Hibberd indicou, esta manobra teria várias vantagens sobre um SOM, entre elas:

“[Ele] não exigiria um escudo de calor pesado e também não precisaria: a) Uma distância extra de viagem de Júpiter até o Oberth Solar de cerca de 5,2 unidades astronômicas (au), [e] b) Uma viagem adicional de volta ao redor de Júpiter órbita de um adicional de 5,2 au. Ambos (a) e (b) levariam tempo para um SOM que não seria necessário para uma manobra de Jupiter Oberth.”

“JOM é uma descoberta que é fundamental para o ‘Projeto Lyra’ encontrar opções usando ‘tecnologia atual ou de curto prazo’, pois essencialmente não requer nenhum hardware ou manobras que não tenham sido tentadas antes, ao contrário do SOM. No entanto, apesar da economia de tempo de não exigir (a) e (b) acima – as velocidades de escape mais baixas geradas pelo JOM significam que a duração da missão deve ser maior.”

Outra vantagem que Hibberd e sua equipe identificaram foi a velocidade de chegada da espaçonave, que seria muito mais lenta do que uma que dependesse de um SOM – 18 km/s (64.800 km/h; 40.265 mph) vs. 30 km/s (108.000 km/s). h; 67.108 mph). Isso daria à espaçonave mais tempo para analisar ‘Oumuamua durante a aproximação e a partida. Com base em uma janela de lançamento de 2028, eles determinaram que uma espaçonave do Projeto Lyra seria capaz de alcançar ‘Oumuamua até 2054.

Dado que ‘Oumuamua é o material interestelar mais próximo acessível a nós, os retornos científicos para uma missão de encontro seriam imensuráveis. Pelo custo relativamente baixo de uma missão de encontro, a humanidade poderia ter seu primeiro vislumbre do que acontece em outros sistemas estelares em meados do século. Mais ao ponto, seria uma chance de finalmente resolver as muitas questões que Oumuamua levantou quando fez seu histórico sobrevoo da Terra anos atrás!

Seria um iceberg de nitrogênio? Foram alienígenas? Era algo completamente diferente? Se jogarmos bem nossas cartas, saberemos as respostas para todas essas perguntas em meados do século!

Leitura adicional: arXiv