Como satélite do tamanho de caixa de cereal mudará a exploração espacial

Ano passado, dois satélites do tamanho de uma caixa de cereais avançaram em alta velocidade em direção a Marte como se estivessem em uma pista invisível no espaço. Oficialmente batizados de MarCO A e MarCO B, os engenheiros da NASA lhes concederam os apelidos WALL-E e EVE em homenagem aos robôs da animação da Pixar.

Eles eram tão cativantes e vulneráveis como os personagens do filme "WALL-E". Os satélites, conhecidos como CubeSats, foram enviados com o propósito de proteger InSight, uma espaçonave da NASA maior, em seu arriscado esforço de aterrissar na superfície de Marte no fim de novembro.

Constelações de pequenos satélites como os MarCOs, que agora orbitam a superfície terrestre, são usados por cientistas, empresas privadas, alunos do ensino médio e até governos em busca de uma maneira mais acessível de observar o céu. Mas nunca antes na história um CubeSat viajou 144 milhões de quilômetros espaço adentro.

Em 26 de novembro, assim que o aterrissador do InSight pousou, seu status foi imediatamente reportado à Terra pelos dois CubeSats rastreadores. A operação foi um sucesso e o desempenho dos satélites MarCO pode mudar a maneira como as missões funcionam, possibilitando aos CubeSats a oportunidade de se tornarem viajantes do espaço profundo por mérito próprio.

Os engenheiros da NASA não sabiam ao certo o que esperar quando a missão MarCO foi lançada em maio. "Acho que ela abriu tantas portas e meio que estourou as expectativas. O fato de termos realmente ido tão longe quanto fomos e com os dois satélites operando foi incrível", narrou Anne Marinan, engenheira de sistemas no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL na sigla em inglês), em Pasadena, Califórnia.

Cerca de um mês após aterrissar InSight em Marte, a NASA perdeu contato com os MarCOs. A agência talvez faça uma tentativa de acordá-los algum dia, mas, por ora, WALL-E e EVE vagam silenciosamente pelo sistema solar, prova de uma nova tecnologia de exploração espacial que quase não chegou à plataforma de lançamento.

Descancelando o Programa CubeSat

A missão MarCO foi cancelada repetidamente. Afinal de contas, o objetivo primordial da missão InSight da NASA era pousar um veículo espacial estacionário em Marte e obter sons de "terremotos" marcianos, dando aos cientistas uma imagem mais precisa da constituição interna do planeta vermelho.

Múltiplas naves que orbitam Marte já transmitem informações da superfície marciana para a Terra. Os CubeSats não teriam um papel direto no sucesso ou na falha da missão InSight, por isso foi um desafio persuadir a NASA a apoiar um programa prescindível que usava tecnologia não comprovada.

A equipe responsável pelo MarCO lutou bravamente, obtendo sucesso no fim com o argumento de que, a um custo de apenas 18 milhões de dólares (68 milhões de reais), valia a pena apostar na ideia. Se esses dois diminutos satélites tivessem bom funcionamento, significaria não apenas que espaçonaves similares poderiam dar suporte a grandes missões planetárias, mas também que aqueles CubeSats seriam capazes de carregar instrumentos próprios. Comprovar o alcance da tecnologia poderia aumentar os recursos de financiamento da agência espacial, ponderaram os engenheiros, além de criar oportunidades para explorações mais abrangentes do sistema solar.

Assim que InSight pousou com segurança em Marte, os MarCOs percorreram rapidamente o planeta, coletando dados da aterrisagem e reportando-os à NASA mais velozmente do que seriam capazes os satélites que hoje lá orbitam. "Chegamos a estatísticas surpreendentes. Acabamos conseguindo 97 por cento de todos os dados da InSight. E isso porque tínhamos dois veículos espaciais pequenos corretamente posicionados no ponto exato do planeta para receber os sinais", esclareceu John Baker, gerente do programa SmallSat no JPL.

Para a NASA, ter CubeSats feitos sob medida no espaço significaria não precisar usar outros satélites marcianos ou não se preocupar com o alinhamento destes no momento da aterrisagem. Se missões futuras carregarem junto seus próprios MarCOs, as equipes na Terra sempre poderão saber a situação da espaçonave.

A criatividade do design contribuiu para o sucesso dos CubeSats. Antes de iniciar a construção dos MarCOs, a equipe produziu modelos em 3D e usou fios para planejar a melhor maneira de operar as partes internas e a fiação lá dentro. A improvisação no melhor estilo MacGyver foi consequência, em parte, do baixo orçamento a que tinha acesso o programa. Os CubeSats funcionam com energia solar e o combustível que utilizam é fluido de extintor de incêndio. Limitando a fachada de ambos os veículos espaciais, estão oito bocais da largura de uma caneta que pulverizam gás gelado. As câmeras a bordo são ordinárias e o rádio é similar ao encontrado em um iPhone.

Na viagem de seis meses a Marte, ambos os CubeSats perderam ocasionalmente contato com a Terra. Dois meses após o lançamento, MarCO B teve um vazamento de combustível e começou a girar sem controle. A equipe acreditava tê-lo perdido. "A equipe de gestão começou aos poucos a tomar conta da sala. Começamos a analisar todos os dados. Destrinchamos o problema e, mais ou menos após 24 horas, conseguimos recuperar o controle do MarCO B", disse Andrew Klesh, engenheiro-chefe do MarCO, descrevendo a cena.

Apenas um dia antes da aterrissagem, MarCO B parou novamente de se comunicar com a Terra. O CubeSat reestabeleceu a conexão online na hora certa. A sonda InSight entrou na fase de aterrissagem em Marte, a qual é conhecida pelos oficiais da NASA como "sete minutos de terror", e ambos os satélites se comunicaram com a Terra todo o tempo.

O futuro está ficando menor

Enquanto CubeSats de baixo custo, como os MarCOs, podem servir de veiculadores de comunicação em tempo real para missões futuras no espaço profundo, a NASA tem objetivos mais ousados em mente, alguns dos quais sugeridos na proposta orçamentária realizada semana passada pela administração Trump.

"Você não quer necessariamente colocar grandes espaçonaves em uma situação muito arriscada. Mas você pode pegar uma sonda barata e enviá-la para uma investigação ou para examinar alguma coisa mais de perto", afirmou Baker. Ele e outros no JPL estão trabalhando em missões planetárias com o uso de CubeSats. Uma proposta, apelidada de Cupid's Arrow (Flecha de Cupido), vislumbra usar o veículo espacial para estudar a atmosfera opaca de Vênus.

Em outras sugestões, a próxima geração de CubeSats interplanetários escoltaria as naves espaciais maiores que estiverem estudando universos onde seja possível o desenvolvimento da vida. Eles poderiam ser enviados às plumas de Enceladus, a lua congelante de Saturno, que ejeta vapor de água no espaço. Os CubeSats também poderiam descer na direção da superfície de Europa, a grande lua de Júpiter.

"Essas espaçonaves nos permitirão agir como se fôssemos sondas do universo 'Star Trek', pousando em superfícies de mundos desafiadores onde não poderemos correr o risco de enviar uma missão muito maior", disse Klesh.

Quando o foguete da próxima geração da NASA, o Space Launch System, partir para a primeira órbita de treino ao redor da Lua (um lançamento que já está atrasado), levará consigo 13 CubeSats, alguns para testar a tecnologia e outros como experimentos científicos. Um CubeSat, por exemplo, terá a missão de mapear fontes de água na Lua para exploração humana futura. Outro, chamado NEA Scout, está sendo desenhado por Marinan para monitorar asteroides próximos que poderiam oferecer possíveis perigos ao nosso planeta.

Empresas privadas estão trabalhando para diminuir instrumentos científicos que serão enviados a bordo da próxima geração de satélites que orbitam a Terra. À medida que os instrumentos ficam menores, aumentam as possibilidades de missões científicas únicas no espaço profundo, assim como aumenta o potencial para obter frotas completas de satélites como o MarCO.

Aperfeiçoando os pequenos viajantes

Contudo, há ainda muito trabalho a ser feito antes de mais CubeSats poderem viajar além da Lua. Os mesmos desafios enfrentados para colocar em operação missões planetárias completas se aplicam aos pequenos satélites também. Se você quer alcançar o sistema Joviano, precisa de proteção massiva contra radiação. Se quer ir a Saturno, precisa de painéis solares mais eficazes e estratégias para manter a espaçonave aquecida.

"Acreditamos realmente poder enviar um pequeno veículo especial até Júpiter. O problema é que preciso achar uma maneira de automatizar o circuito a bordo da espaçonave para que ela possa voar sozinha até Júpiter ou que você só tenha de falar com ela uma vez por mês. Ou criamos uma maneira de ela só se comunicar conosco quando precisar de ajuda", exemplificou Baker.

Esses são os tipos de desafios de engenharia que a equipe do MarCO se esforçou para superar para efetuar a viagem a Marte. "Realmente, abriu uma porta de possibilidades agora que mostramos que isso funcionou de verdade. Não é mais um conceito impossível", asseverou Marinan.

Os engenheiros até mesmo conseguiram contornar uma das questões mais complicadas de como coletar dados e se comunicar com os CubeSats. Tipicamente, quando uma espaçonave chama a equipe na Terra, ela passa muitas horas utilizando a Rede de Espaço Profundo da NASA, o sistema de telefonia extremamente caro usado para chamadas além da Lua. Entretanto, essas conversas de longa distância estavam fora de cogitação para os MarCOs. Assim, a equipe do JPL criou novas formas de monitorar a espaçonave que permitiram à equipe coletar no período de uma hora a quantidade de dados que normalmente levaria oito horas para conseguir.

"MarCO é um prenúncio de novas coisas que estão por vir. Não necessariamente coisas melhores, mas diferentes. E de uma nova maneira de exploração espacial que vai complementar todas as missões mais abrangentes que realizamos", opinou Klesh.

Ao passar por Marte, MarCO B enviou a primeira foto já tirada a partir de um CubeSat no espaço profundo. Ela revelava a extensão cor de cobre de Marte contraposta ao escuro do espaço e uma pequena parte da antena da espaçonave.

O ângulo da foto foi intencional - não apenas para mostrar onde estivemos, mas também para dar uma ideia dos próximos passos desses pequenos andarilhos.