Satélite quatro-em-um para desvendar os mistérios de Mercúrio

A missão examinará as peculiaridades da estrutura interna e a geração do campo magnético de Mercúrio

Mercúrio continua a ser o planeta mais misterioso do nosso Sistema Solar interior. BepiColombo, a primeira missão da Europa para Mercúrio, iniciará em outubro de 2018 uma jornada para o menor e menos explorado planeta rochoso de nosso Sistema Solar. A Agência Espacial Europeia (ESA), a Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA) e a Airbus – a principal indústria contratada líder de um consórcio de 83 empresas de 16 países – descreveram os objetivos científicos da missão e apresentaram a impressionante nave espacial de quatro elementos, em uma exibição final antes de seu lançamento no próximo ano. Formando uma pilha de 6,4 metros de altura, a nave espacial BepiColombo de 4 toneladas está perto de terminar sua campanha de testes. Será enviado para a base espacial europeia em Kourou, na Guiana Francesa, em março de 2018.

O brilho do Sol impossibilita o estudo detalhado de Mercúrio usando telescópios, e o calor extremo e a proximidade com o Sol o tornam difícil de alcançar. Até agora, apenas duas missões da Nasa visitaram Mercúrio: o Mariner 10 na década de 1970 e o Messenger, que orbitou o planeta a partir de 2011 até ficar sem combustível em abril de 2015.

A ESA e a JAXA uniram-se para a missão BepiColombo. Batizada com o nome do professor italiano Giuseppe ‘Bepi’ Colombo, que foi fundamental para o êxito da missão Mariner 10, a missão é composta de duas naves orbitais separadas, o Mercury Planetary Orbiter (o MPO fornecido pela ESA) e o Mercury Magnetospheric Orbiter (o MMO fornecido pela JAXA).

A missão do BepiColombo examinará as peculiaridades da estrutura interna e a geração do campo magnético de Mercúrio, e como ele interage com o Sol e o vento solar. Ela investigará as características e a química da superfície, como o gelo em crateras permanentemente sombreadas nos polos. A ciência da missão melhorará significativamente a nossa compreensão da formação do nosso Sistema Solar e da evolução dos planetas próximos das suas estrelas mãe.

Esta é a última vez que a pilha completa será exposta na Europa. Depois de testar os sistemas de conexão e separação com o Sistema Adaptador de Carga Útil do Veículo de Lançamento da Arianespace no final de julho, a nave espacial será desmontada por meio de testes em seus sistemas de separação de módulos. Outras verificações funcionais e de desempenho virão após o programa de teste mecânico e, em novembro, será realizado um teste térmico final do Módulo de Transferência. No final de março de 2018, a nave espacial será enviada para Kourou. Uma vez na Guiana Francesa, a equipe voltará a montar a pilha e a instalará no Veículo de Lançamento Ariane 5, com lançamento programado para outubro de 2018. Após uma viagem de sete anos, o Módulo de Transferência será ejetado e os módulos restantes chegarão a Mercúrio em dezembro de 2025.

A Espaçonave BepiColombo

Como contratada principal da ESA, a Airbus é responsável por projetar e construir o Mercury Planetary Orbiter e todos os outros equipamentos espaciais europeus. Os engenheiros criaram uma nave espacial empilhada, de modo que ambos as naves orbitais possam viajar para Mercúrio como uma única unidade servida por um módulo de propulsão dedicado para a transferência, o Mercury Transfer Module (MTM), também projetado e construído pela Airbus.

Viajar da Terra para Mercúrio envolve a desaceleração da nave espacial e permitir que a gravidade do Sol puxe a espaçonave em direção a ele – reduzindo assim o tamanho da órbita. Para chegar à velocidade correta para ser capturada em órbita pela gravidade de Mercúrio, a espaçonave precisa diminuir sua velocidade em 7 km/s – isto é sete vezes o impulso necessário para alcançar Marte. O BepiColombo atinge essa frenagem por meio de nove passagens por planetas (1 x Terra, 2 x Vênus, 6 x Mercúrio) e o uso de um Sistema de Propulsão Elétrica (especialmente desenvolvido para a missão) para fornecer 4 km/s da frenagem.

Após sete anos de viagem e 18 órbitas ao redor do Sol para entrar na órbita de Mercúrio, o MTM será ejetado e o Mercury Planetary Orbiter assumirá as tarefas de propulsão. Por meio de uma captura de gravidade livre, a pilha girará em órbita em torno de Mercúrio e depois descerá sucessivamente até as órbitas científicas. O Mercury Magnetospheric Orbiter será ejetado girando em sua órbita antes que o protetor solar seja ejetado e o Mercury Planetary Orbiter desça mais até a órbita-alvo. As naves orbitais realizarão o exame mais completo já feito de Mercúrio.

Soluções de resfriamento para coisas quentes

Como está a apenas 58 milhões de quilômetros do Sol, Mercúrio apresenta um desafio especial para a nave espacial visitante. Durante o dia, a superfície do planeta é cozida a temperaturas de 450° C ou mais, suficientemente quente para derreter alguns metais. Assim, a nave espacial em órbita não só precisará lidar com o calor imenso do Sol, mas também com a radiação infravermelha emitida pelo planeta quente.

Em consequência, os engenheiros da Airbus cobriram todas as superfícies externas do Mercury Planetary Orbiter da ESA, com exceção do lado que possui o único radiador, com isolamento multicamadas para alta temperatura. O material composto de 50 camadas de cerâmica e alumínio foi especialmente projetado para a missão BepiColombo. As antenas são feitas de titânio resistente ao calor, cobertas por um revestimento recém-desenvolvido. Como a missão do MPO é investigar a superfície de Mercúrio, um lado sempre estará de frente para o planeta, para que os instrumentos possam monitorar a superfície em todos os momentos, enquanto o radiador estará sempre voltado para o espaço profundo para expelir o calor.

Formando uma pilha de 6,4 metros de altura, a nave espacial BepiColombo de 4 toneladas está perto de terminar sua campanha de testes
A nave espacial BepiColombo de quatro toneladas está perto de terminar sua campanha de testes

 

O envolvimento da Airbus

A contratada principal é a Airbus em Friedrichshafen, na Alemanha, responsável pelo design e execução do sistema, a verificação funcional e a gestão geral do projeto. O time de Stevenage, no Reino Unido, forneceu a estrutura e os sistemas térmicos para o MPO, e foi responsável pelo projeto e construção do MTM. A Airbus em Madrid-Barajas, na Espanha, forneceu a estrutura do MTM.

O Sistema de Propulsão Elétrica emprega 2 PPUs (Unidades de Processamento de Energia) desenvolvidas pela Airbus em Tres Cantos, na Espanha. Essas unidades de 48 kg processam 5 kW de potência cada uma para alimentar os motores de íons do sistema de propulsão elétrica. As PPUs são projetadas de modo que as 2 unidades possam operar simultaneamente em quaisquer 2 dos 4 propulsores de íons com os quais o módulo de propulsão está equipado.

A Matriz Solar do MPO fornecida pela Airbus em Ottobrunn, na Alemanha, é um design para alta temperatura que opera a uma temperatura máxima de 190° C com componentes especialmente desenvolvidos e projetados para serem compatíveis com as condições térmicas. A matriz solar pode fornecer 2 kW. O controle térmico da matriz é conseguido por um design exclusivo que envolve uma mistura de células e OSRs (espelhos de vidro) que ocupam 17% da área do painel. A matriz solar é mantida a um intervalo de temperatura seguro, controlando a inclinação e girando continuamente a matriz à medida que a nave espacial percorre sua órbita em torno de Mercúrio.

A Matriz Solar do MTM, fornecida pela Airbus em Leiden, na Holanda, também tem design para alta temperatura, trabalha a uma temperatura máxima de 190° C e usa as mesmas tecnologias que aquela do MPO. Ao se aproximar do sol, a produção da matriz solar aumenta, acompanhada por um aumento de temperatura. Assim que a temperatura da matriz atinja 190° C (a cerca de 0,5 UA), a matriz precisa ser inclinada, reduzindo assim a área projetada e limitando sua geração de energia. As duas asas têm uma área total de 40 m2 e uma massa de 290 kg.

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