Após quase 16 anos explorando o cosmos em luz infravermelha, o Telescópio Espacial Spitzer da NASA será desligado permanentemente em 30 de janeiro de 2020. Até lá, a espaçonave terá operado por mais de 11 anos além de sua missão principal, graças à capacidade da equipe de engenharia do Spitzer de enfrentar desafios únicos à medida que o telescópio se afasta cada vez mais da Terra.
Gerenciado e operado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, o Spitzer é um observatório pequeno, mas transformacional. Ele captura a luz infravermelha, que geralmente é emitida por objetos “quentes” que não são suficientemente quentes para irradiar luz visível. O Spitzer levantou o véu de objetos ocultos em quase todos os cantos do universo, de um novo anel em torno de Saturno até observações de algumas das galáxias mais distantes conhecidas. Ele espiou estrelas em todas as fases da vida, mapeou nossa galáxia, capturou lindas imagens de nebulosas e sondou planetas recém-descobertos orbitando estrelas distantes.
Mas como o vice-gerente de missões do Spitzer, Joseph Hunt, disse: “Você pode ter uma espaçonave de classe mundial, mas isso não significa nada se você não conseguir os dados de volta para casa”.
Spitzer orbita o Sol em um caminho semelhante ao da Terra, mas se move um pouco mais devagar. Hoje ele percorre cerca de 254 milhões de quilômetros atrás do nosso planeta – mais de 600 vezes a distância entre a Terra e a Lua. Essa distância, junto com a curva da órbita de Spitzer, significa que quando a espaçonave aponta sua antena fixa na Terra para baixar dados ou receber comandos, seus painéis solares se afastam do Sol. Durante esses períodos, a espaçonave deve contar com uma combinação de energia solar e energia da bateria para operar.
O ângulo em que os painéis apontam para longe do Sol aumentou a cada ano que a missão está operando. Hoje em dia, para se comunicar com a Terra, o Spitzer precisa posicionar seus painéis a um ângulo de 53 graus do Sol (90 graus seriam totalmente voltados para longe), embora os planejadores de missão nunca pretendessem inclinar mais de 30 graus o sol. O Spitzer pode se comunicar com a Terra por cerca de 2,5 horas antes de ter que voltar seus painéis solares para o Sol para recarregar suas baterias. Essa janela de comunicação diminuiria ano após ano se o Spitzer continuasse operando, o que significa que há um limite de quanto tempo seria possível operar a espaçonave eficientemente.
Um Esforço Duradouro
Ensinar a espaçonave a aceitar novas condições – como o aumento do ângulo dos painéis solares durante as comunicações com a Terra – não é tão simples quanto apertar um botão. Existem várias maneiras pelas quais essas mudanças podem acionar mecanismos de segurança no software de voo da espaçonave. Por exemplo, se os painéis se inclinassem mais de 30 graus em relação ao Sol durante os primeiros anos da missão, o software teria “pausa”, colocando a espaçonave em “modo de segurança” até que a equipe de missão pudesse descobrir o que estava errado. O ângulo de mudança do Spitzer para o Sol também poderia acionar mecanismos de segurança destinados a impedir o superaquecimento das partes da espaçonave.
Entrar no modo de segurança pode ser particularmente perigoso para a espaçonave, tanto por causa de sua crescente distância da Terra (o que dificulta a comunicação) quanto porque os antigos sistemas embarcados podem não reiniciar quando desligarem.
Para lidar com esses desafios, os engenheiros de projeto e cientistas do JPL e do Caltech trabalharam com a equipe de engenharia do observatório na unidade da Lockheed Martin Space em Littleton, Colorado, para encontrar um caminho a seguir. (Lockheed Martin construiu a espaçonave Spitzer para a NASA.) Bolinda Kahr, gerente de missão do Spitzer, lidera essa equipe multicêntrica. Ao longo dos anos, ela e seus colegas descobriram com sucesso como anular os mecanismos de segurança projetados para a missão principal, assegurando ao mesmo tempo que tais alterações não introduzem outros efeitos colaterais indesejados.
Mas, à medida que o Spitzer envelhece e se afasta da Terra, o desafio de manter a nave espacial em operação e o risco de sofrer uma grande anomalia estão apenas aumentando.
“Eu posso realmente dizer que ninguém envolvido no planejamento da missão pensou que estaríamos concorrendo em 2019”, disse Lisa Storrie-Lombardi, gerente de projetos do Spitzer. “Mas nós temos uma espaçonave incrivelmente robusta e uma equipe incrível. E nós tivemos sorte. Você tem que ter alguma sorte, porque você não pode antecipar tudo.”
Mantendo o funcionamento
A maioria dos detectores de infravermelho precisa ser resfriada a temperaturas muito baixas, porque o excesso de luz infravermelha proveniente de objetos “quentes” – incluindo o Sol, a Terra, a espaçonave e até os próprios instrumentos – pode sobrecarregar os sensores infravermelhos. Esse resfriamento é tipicamente feito com um refrigerante químico.
Os planejadores do Spitzer vieram com um sistema de resfriamento passivo que incluía o vôo da espaçonave longe da Terra (uma grande fonte de calor infravermelho). Eles também escolheram materiais para o exterior da espaçonave que refletissem a luz solar antes que ela pudesse aquecer o telescópio e irradiar o calor absorvido de volta ao espaço. Nesta configuração, o refrigerante é necessário apenas para baixar as temperaturas do instrumento alguns graus mais. A redução do fornecimento de refrigerante a bordo também permitiu que os engenheiros reduzissem o tamanho total da espaçonave em mais de 80% e ajudassem a reduzir o orçamento previsto para missões em mais de 75%.
Embora a oferta de refrigerante do Spitzer tenha acabado em 2009, inutilizando dois de seus três instrumentos, a equipe conseguiu manter metade do restante do instrumento em funcionamento. (O instrumento foi projetado para detectar quatro comprimentos de onda de luz infravermelha; no modo “quente”, ele ainda pode detectar dois deles.)
Durando mais do que o dobro da missão principal, a extensa missão do Spitzer produziu alguns dos resultados mais transformadores do observatório. Em 2017, o telescópio revelou a presença de sete planetas rochosos ao redor da estrela TRAPPIST-1. Em muitos casos, as observações de exoplanetas de Spitzer foram combinadas com observações de outras missões, incluindo os telescópios espaciais Kepler e Hubble da NASA.
O último ano e meio de operações científicas do Spitzer incluem uma série de investigações relacionadas a exoplanetas. Um programa investigará 15 estrelas anãs (semelhantes à estrela TRAPPIST-1) que provavelmente hospedarão exoplanetas. Um adicional de 650 horas são dedicadas a observações de acompanhamento de planetas descobertos pela Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, que foi lançada há pouco mais de um ano.
Viagem final
Toda missão deve terminar em algum momento. À medida que os desafios associados à operação do Spitzer continuam a crescer e à medida que aumenta o risco de uma anomalia de fim de missão na nave espacial, a NASA tomou a decisão de encerrar a missão de maneira controlada.
“Houve ocasiões em que a missão do Spitzer poderia ter terminado de uma forma que não planejamos”, disse Kahr. “Fico feliz que em janeiro possamos aposentar a espaçonave deliberadamente, do jeito que queremos fazer.”
Enquanto a missão de Spitzer está acabando, ajudou a preparar o terreno para o Telescópio Espacial James Webb, da NASA, com lançamento previsto para 2021, que estudará o universo em muitos dos mesmos comprimentos de onda observados pelo Spitzer. O espelho primário de Webb é cerca de 7,5 vezes maior que o espelho de Spitzer, o que significa que Webb poderá estudar muitos dos mesmos alvos em resolução muito maior e objetos muito mais afastados da Terra do que o Spitzer pode observar.
Treze programas científicos já foram selecionados para os primeiros cinco meses de operações da Webb, quatro dos quais se baseiam diretamente nas observações do Spitzer. Webb expandirá enormemente o legado iniciado pelo Spitzer e responderá a perguntas que o Spitzer apenas começou a investigar.
Publicado em 15/06/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-06-nasa-spitzer-alive.html
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