Quando os astronautas retornarem à Lua pela primeira vez desde a Era Apollo, eles estarão contando com uma série de elementos de missão para levá-los de volta com segurança. Isso inclui o Sistema de Lançamento Espacial (SLS) e a espaçonave Orion, que lançará uma tripulação de quatro pessoas e os transportará para a lua. Mas, até recentemente, a questão de como eles chegarão e sairão da superfície permanecia sem solução, pois havia algumas opções.
Para determinar qual seria o melhor em termos de desempenho e custo, pesquisadores do Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia (Skoltech) em Moscou e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) analisaram várias dezenas de propostas. No final, eles determinaram que um módulo lunar reutilizável de um estágio que poderia transportar astronautas de e para o Portal Lunar em órbita era a melhor opção.
Suas descobertas apareceram em um artigo intitulado “Modelagem do espaço comercial da arquitetura do sistema de pouso humano lunar”, que recentemente apareceu na revista Acta Astronautica. O estudo foi conduzido pelos pesquisadores da Skoltech Kir Latyshev, Nicola Garzaniti e o professor associado Alessandro Golkar, que se juntaram a Edward Crawley – professor de Aeronáutica e Astronáutica do MIT e de Sistemas de Engenharia.
A questão de qual tipo de sistema de pouso seria melhor surgiu como resultado do cronograma acelerado da NASA, que foi anunciado por VP Pence durante a quinta reunião do Conselho Espacial Nacional no Marshall Space Flight Center, que ocorreu em 26 de março de 2019 . Foi nessa época que Pence instruiu a NASA a retornar os astronautas à Lua até 2024 (quatro anos antes do planejado originalmente) por “qualquer meio necessário”.
Este novo cronograma forçou a NASA a passar por uma série de mudanças, bem como uma revisão de seu orçamento e cronograma de implantação. Anteriormente, a NASA planejou montar o Portal Lunar em órbita ao redor da Lua antes de fazer qualquer pouso. Isso deveria ser iniciado em 2022 com a implantação do Elemento de Força e Propulsão (PPE) do Portal, que seria lançado como parte da missão Artemis II.
Os outros elementos – o HAbitation and Logistics Outpost (HALO), o módulo de serviço ESPRIT e o International Habitation Module (iHAB) – seriam entregues entre 2024 e 2027. Um Sistema de Aterrissagem Humana (HLS) seria adicionado neste momento, seguido por uma missão tripulada à superfície em 2028. No entanto, um prazo de 2024 para a missão tripulada forçou a NASA a reconsiderar o uso do Portal.
Em março de 2020, a NASA decidiu que o Portal Lunar não era necessário para o cumprimento do novo cronograma do Projeto Artemis e declarou que não era mais uma prioridade. A decisão foi emitida por Doug Loverro, o Administrador Associado da Diretoria de Exploração Humana e Operações da NASA (HEO-MD) na época, como parte de seu plano para “diminuir o risco” das tarefas obrigatórias associadas a Artemis.
Esses sentimentos foram expressos por Doug Loverro, que substituiu William Gerstenmaier em julho de 2019 como parte de uma reformulação destinada a acelerar o progresso com o SLS e o programa Artemis em geral. Como Loverro explicou durante um comitê de ciência do Conselho Consultivo da NASA (realizado na sexta-feira, 13 de março), ele tem trabalhado para “diminuir o risco” de Artemis para que a NASA possa se concentrar em cumprir as metas obrigatórias de Artemis e seu prazo de 2024.
Isso significava que a NASA e seus parceiros comerciais precisavam criar uma nova estratégia para pousar astronautas na lua. As opções que estavam agora sobre a mesa incluíam um módulo de pouso descartável que poderia ser integrado à cápsula Orion ou à estação. Para desenvolver este HLS, a NASA contratou a SpaceX, Blue Origin e Dynetics, como parte das NextSTEP-2 (NextSTEP-2).
Do jeito que está, a NASA planeja enviar astronautas de volta à Lua em 2024 e, em seguida, implantar o Portal Lunar com as missões Artemis subsequentes. Isso permitirá que eles enviem a “primeira mulher e o próximo homem” à Lua em 2024, enquanto cumprem a meta de longo prazo de criar um programa para “exploração lunar sustentada” (ou seja, missões regulares de maior duração).
Para avaliar qual sistema HLS seria ideal para as missões Artemis, Latshyev e seus colegas desenvolveram uma série de modelos matemáticos e arquitetônicos de triagem para avaliar as várias opções para enviar uma tripulação de quatro pessoas em uma missão de sete dias à Lua. Isso incluiu uma arquitetura de 2 estágios para a sonda, semelhante ao Módulo Lunar usado pelos astronautas da Apollo.
Esses módulos consistiam em um módulo de descida e ascensão, o primeiro dos quais seria deixado na superfície lunar. Latshyev e seus colegas então consideraram a órbita do Gateway, que a NASA planeja estacionar em uma órbita de halo quase retilínea L2, e a quantidade de propelente necessária. No total, eles revisaram 39 variações de um HLS futuro e pesaram os benefícios potenciais contra os custos possíveis.
No final das contas, eles chegaram a algumas conclusões, dependendo se o módulo de pouso estaria viajando com a espaçonave Orion (descartável) ou integrado ao Portal Lunar (reutilizável). No geral, eles descobriram que a melhor opção para fazer missões curtas do tipo ‘surtida’ de e para a superfície lunar era um módulo reutilizável de estágio único que dependia de propelente de oxigênio líquido e hidrogênio líquido (LOX / LH2). Como Latyshev explicou em um artigo de notícias recente da Skoltech:
“Curiosamente, nosso estudo descobriu que, mesmo com a estação orbital, se os veículos totalmente descartáveis são considerados, então o sistema de pouso de 2 estágios (semelhante ao Apollo) ainda deve ter massas menores e, portanto, custos mais baixos – que tipo de reconfirma a decisão da Apollo. No entanto, a capacidade de reutilização muda isso.
“Embora os veículos de 1 e 3 estágios neste caso ainda sejam mais pesados do que os de 2 estágios, eles permitem reutilizar mais da ‘massa do veículo’ (aproximadamente 70-100% em comparação com cerca de 60% para os de 2 estágios opção) repetidamente, economizando dinheiro na produção e entrega de novos veículos para a estação orbital e tornando as missões lunares potencialmente mais baratas.”
No entanto, Latysev e seus colegas também observaram que esta é uma análise preliminar que não leva em consideração outros fatores. Isso inclui a segurança da tripulação, a probabilidade de sucesso da missão e as considerações relacionadas aos riscos de gerenciamento do projeto. Uma avaliação de uma arquitetura de missão que leve isso em consideração exigirá uma modelagem mais elaborada em um estágio posterior do programa.
A equipe espera expandir suas análises no futuro para levar isso em consideração, o que será possível à medida que mais parâmetros da missão forem definidos. Mas, como Latysev explicou, a segurança da tripulação é a consideração mais importante quando se trata do projeto de um HLS – ou de qualquer sistema espacial de classificação humana, nesse caso:
“Esse fator de segurança pode afetar os resultados de qualquer forma. Por exemplo, soluções de vários estágios podem oferecer oportunidades de retorno mais seguras em caso de emergência na órbita lunar de estacionamento antes da descida à superfície do que nosso ‘vencedor’, o sistema de 1 estágio: tanto o veículo de descida quanto de subida podem ser usados para retorno no caso de sistemas de 3 e 2 estágios em oposição ao estágio único do sistema de 1 estágio. Ao mesmo tempo, espera-se que os sistemas de 2 e 3 estágios sejam mais complexos e, portanto, tenham mais riscos de falhas, em oposição à solução mais simples de 1 estágio. Portanto, há uma compensação novamente.”
Dada a recente mudança na política, certos detalhes sobre o Programa Artemis podem estar no ar. No entanto, no início deste mês, o governo Biden anunciou seu endosso ao Programa Artemis. Em fevereiro, eles também autorizaram a NASA a começar a construir o Portal em maio de 2024 (no mínimo), o que envolveria a implantação dos elementos PPE e HALO juntos usando um único foguete Falcon Heavy.
Se for bem-sucedido, isso significará que o núcleo do Portal estará em órbita ao redor da Lua cerca de cinco meses antes da chegada da missão Artemis III. Como tal, é uma boa aposta que a “primeira mulher e o próximo homem” a andar na superfície lunar usará um HLS reutilizável para chegar lá. Se não, se não, então a sonda reutilizável terá que esperar pelas missões subsequentes enquanto a tripulação Artemis III usa um sistema dispensável.
De qualquer forma, o Projeto Artemis não acontecerá sem um HLS reutilizável aparecendo mais cedo ou mais tarde.
Publicado em 04/04/2021 12h38
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