Material de proteção te´rmica rachou durante reentrada na Artemis I. Adiamentos também se justificam pelo sistema se suporte à vida.
Ontem (06/12/2024), a NASA anunciou atualizações em seus planos para o programa lunar Artemis. Em uma coletiva de imprensa na sede da agência, autoridades da NASA compartilharam novas informações sobre diferentes aspectos do programa.
A agência anunciou novas datas para as próximas missões, confirmando mais adiamentos. Agora, a Artemis II deve ocorrer em abril de 2026, com a Artemis III em meados de 2027. Segundo comunicado, “os cronogramas de missão atualizados também refletem o tempo para abordar os sistemas de controle ambiental e suporte de vida da Orion”.
“A campanha Artemis é o empreendimento internacional mais ousado, tecnicamente desafiador e colaborativo que a humanidade já se propôs a fazer”, disse Bill Nelson, administrador geral da NASA.
“Fizemos um progresso significativo na campanha Artemis nos últimos quatro anos, e estou orgulhoso do trabalho que nossas equipes fizeram para nos preparar para este próximo passo na exploração, enquanto buscamos aprender mais sobre os sistemas de suporte de vida da Orion para sustentar as operações da tripulação durante a Artemis II. Precisamos acertar neste próximo voo de teste. É assim que a campanha Artemis tem sucesso.”
Escudo térmico Foram abordados os resultados da investigação sobre o escudo térmico da nave Orion, que sofreu perda inesperada de material, chamado Avcoat, durante a reentrada na missão Artemis I, seu voo de teste não tripulado. O Avcoat foi projetado para se desgastar à medida que esquenta e é um material essencial no sistema que protege a Orion e sua tripulação dos quase 2.760 °C alcançados ao redor da nave durante a reentrada.
O problema foi encontrado após a missão e o material carbonizado do escudo se desgastou de forma diferente do esperado. Ao longo dos meses de outono (no Brasil, primavera), a NASA e uma equipe de revisão independente estabeleceram a causa técnica do problema. Uma análise extensiva, incluindo mais de 100 testes em diferentes instalações especializadas pelo EUA, determinou que o escudo térmico não permitiu que gases gerados dentro do Avcoat escapassem o suficiente, o que fez com que pressão se acumulasse no material e rachaduras se abrissem.
“Nossos primeiros voos Artemis são uma campanha de teste e o voo de teste Artemis I nos deu uma oportunidade de verificar nossos sistemas no ambiente do espaço profundo antes de adicionar tripulação em missões futuras”, disse Amit Kshatriya, administrador associado adjunto do Gabinete do Programa Lua para Marte. “A investigação do escudo térmico ajudou a garantir que entendêssemos completamente a causa e a natureza do problema, bem como o risco que estamos pedindo que nossas tripulações assumam quando se aventurarem na Lua.”
“As equipes adotaram uma abordagem metódica para entender e identificar a causa raiz do problema de perda de carbono, incluindo amostragem detalhada do escudo térmico Artemis I, revisão de imagens e dados de sensores na espaçonave e testes e análises abrangentes no solo”, menciona um comunicado da NASA.
Durante a Artemis I, engenheiros usaram a técnica de entrada de orientação de salto para retornar a Orion à Terra. Essa técnica fornece mais flexibilidade ao estender o alcance que a Orion pode voar após o ponto de reentrada para um local de pouso no Oceano Pacífico. Usando essa manobra, a Orion mergulhou na parte superior da atmosfera da Terra e usou o arrasto atmosférico para desacelerar. Então, a nave usou sustentação aerodinâmica da cápsula para saltar de volta para fora da atmosfera e, em seguida, reentrar para a descida final, abrindo paraquedas para amerissar.
Testes Usando dados de resposta do Avcoat, a equipe de investigação foi capaz de replicar o ambiente de reentrada da Artemis I nas instalações do jato de arco no Centro de Pesquisa Ames da NASA, na Califórnia. Melhorias recentes nessas instalações permitiram uma reprodução mais precisa dos ambientes de voo para que esse comportamento pudesse ser demonstrado.
Durante o período entre mergulhos na atmosfera, as taxas de aquecimento diminuíram e energia térmica se acumulou no Avcoat. Isso levou ao acúmulo de gases no material. Como o Avcoat não tinha “permeabilidade”, a pressão interna aumentou, e levou a rachaduras e desprendimento irregular da camada externa.
As equipes realizaram testes extensivos para replicar o fenômeno de salto antes da Artemis I. No entanto, testaram em taxas de aquecimento muito mais altas do que a espaçonave experimentou em voo. As taxas de aquecimento testadas em solo permitiram que carvão permeável se formasse e ablacionasse conforme o esperado, liberando a pressão do gás. O aquecimento menos severo visto durante a reentrada real desacelerou a formação de carvão enquanto ainda criava gases. A pressão do gás aumentou até rachar o Avcoat e liberar partes da camada carbonizada.
Investigações Os dados mostram que a temperatura dentro da Orion permaneceu confortável e segura para uma tripulação, por volta de 21 °C. A investigação mostrou que o escudo térmico pode manter a tripulação segura com mudanças na trajetória da Orion conforme ela entra na atmosfera da Terra e desacelera de quase 40,2 mil km/h para cerca de 520 km/h antes de seus paraquedas se abrirem sobre o Oceano Pacífico. Para a Artemis II, engenheiros continuarão a preparar a Orion com o escudo térmico já conectado à cápsula.
Logo após os engenheiros descobrirem a condição no escudo térmico, a agência iniciou um extenso processo de investigação, que incluiu uma equipe multidisciplinar de especialistas em sistemas de proteção térmica, aerotermodinâmica, testes e análises térmicas, análise de estresse, testes e análises de materiais e outras áreas relacionadas. O Centro de Engenharia e Segurança da NASA também participou fornecendo conhecimento técnico, ensaios não destrutivos, análises térmicas e estruturais, análises de árvore de falhas e outros suportes.
O escudo térmico Artemis I foi fortemente instrumentado com sensores de pressão, medidores de tensão e termopares em diferentes profundidades do material ablativo. Os dados desses instrumentos foram somados a análises de amostras físicas, permitindo que a equipe validasse modelos de computador, criasse reconstruções ambientais, fornecesse perfis de temperatura interna e fornecesse insights sobre o momento da perda de carbonização.
No Centro de Voo Espacial Marshall da NASA, no Alabama, cerca de 200 amostras de Avcoat foram removidas do escudo térmico para análise e inspeção. A equipe também conduziu ensaios não destrutivos para avaliar o interior do escudo térmico.
Uma das descobertas mais importantes do exame dessas amostras foi que os locais permeáveis do escudo, que foram identificadas antes do voo, não apresentaram rachaduras ou perda de carbonização. Como essas áreas eram permeáveis no início da entrada, os gases produzidos pela ablação foram capazes de ventilar adequadamente, eliminando o acúmulo de pressão, evitando rachaduras e perda de carbonização.
“Levamos nosso processo de investigação do escudo térmico extremamente a sério, com a segurança da tripulação como a força motriz por trás da investigação”, disse Howard Hu, gerente do Programa Orion no Centro Espacial Johnson da NASA, em Houston. “O processo foi extenso. Demos à equipe o tempo necessário para investigar todas as causas possíveis e eles trabalharam incansavelmente para garantir que entendêssemos o fenômeno e as etapas necessárias para mitigar esse problema para missões futuras.”
Engenharia Engenheiros realizaram oito campanhas separadas de testes térmicos para dar suporte à investigação, concluindo 121 testes individuais. Esses testes ocorreram, por exemplo na Instalação de Aquecimenot Aerodinâmico do Complexo de Arco de Jato no Centro Ames para testar perfis de aquecimento convectivo com vários gases de teste, no Laboratório de Avaliação de Materiais Endurecidos a Laser da Base da Força Aérea Wright-Patterson, em Ohio, para testar perfis de aquecimento radiativo e obter radiografia em tempo real, e na Instalação de Aquecimento por Interação no Ames para testar perfis combinados de aquecimento convectivo e radiativo em escalas de blocos completos.
Especialistas em aerotermia também concluíram duas campanhas de teste de túnel de vento hipersônico no Centro de Pesquisa Langley da NASA, na Virgínia, e nas instalações de teste aerodinâmico do CUBRC em Buffalo, Nova York, para testar configurações de perda de carvão e aprimorar e validar modelos analíticos. Testes de permeabilidade também foram realizados em Kratos, no Alabama, na Universidade e Kentucky e no Ames para ajudar a caracterizar ainda mais o volume elementar e a porosidade do Avcoat. A instalação de testes científicos Fonte de Luz Avançada, do Departamento de Energia dos EUA, no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, também foi usada por engenheiros para examinar o comportamento de aquecimento do Avcoat em um nível de microestrutura.
Revisão Na primavera de 2024 (outono no Brasil), a NASA criou uma equipe independente para conduzir uma revisão extensiva da investigação e de seus resultados. Essa revisão foi liderada por Paul Hill, ex-líder da NASA que atuou como diretor de voo do Ônibus Espacial para o retorno aos voos após o acidente do Columbia, liderou a Diretoria de Operações de Missão e é membro do Painel Consultivo de Segurança Aeroespacial da agência.
A revisão levou três meses para avaliar a condição pós-voo do escudo térmico, dados do ambiente de reentrada, resposta térmica do material e o progresso da investigação da NASA. A equipe concordou com as descobertas sobre a causa técnica do comportamento físico do escudo térmico.
“Ao longo do nosso processo para investigar o fenômeno do escudo térmico e determinar um caminho a seguir, permanecemos fiéis aos valores essenciais da NASA; a segurança e a análise baseada em dados permaneceram na vanguarda”, disse Catherine Koerner, administradora associada da Diretoria de Desenvolvimento de Sistemas de Exploração.
“As atualizações dos nossos planos de missão são um passo positivo para garantir que possamos atingir com segurança nossos objetivos na Lua e desenvolver as tecnologias e capacidades necessárias para missões tripuladas a Marte.”
Sabendo que a permeabilidade do Avcoat é um parâmetro essencial para evitar ou minimizar a perda de carbonização, a NASA tem as informações necessárias para garantir a segurança da tripulação e melhorar o desempenho dos escudos térmicos das missões Artemis. O programa de qualificação está sendo concluído atualmente junto com a produção de blocos de Avcoat mais permeáveis na Instalação de Montagem Michoud, em Nova Orleans.
Artemis A NASA continuará a integração do foguete SLS (Space Launch System), que começou em novembro, em preparação para a Artemis II. Enquanto isso, engenheiros já estão montando e integrando a Orion que será usada na Artemis III com base nas lições aprendidas com a Artemis I e implementando melhorias no escudo térmico para atingir uniformidade e permeabilidade consistente.
“Victor, Christina, Jeremy e eu temos acompanhado cada aspecto desta decisão e somos gratos pela abertura da NASA para pesar todas as opções e tomar decisões no melhor interesse do voo espacial tripulado. Estamos animados para voar a Artemis II e continuar pavimentando o caminho para a exploração humana sustentada da Lua e de Marte”, disse Reid Wiseman, astronauta da NASA e comandante da Artemis II, mencionando seus colegas de tripulação.
“Estivemos no Centro Espacial Kennedy da agência, na Flórida, recentemente e colocamos os olhos em nossos propulsores de foguete SLS, no estágio central e na espaçonave Orion. É inspirador ver a escala deste esforço, conhecer as pessoas que trabalham nesta máquina, e mal podemos esperar para levá-la à Lua.”
Wiseman e os astronautas da NASA Victor Glover e Christina Koch e o astronauta da Agência Espacial Canadense Jeremy Hansen, voarão ao redor da Lua na Artemis II, uma missão de teste tripulado de 10 dias. O voo fornecerá dados valiosos sobre os sistemas Orion necessários para dar suporte à tripulação em sua jornada ao espaço profundo e trazê-los de volta em segurança, incluindo revitalização do ar na cabine, capacidades de voo manual e como os tripulantes interagem com hardware e software.
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