Finalmente, o futuro glorioso que nos foi prometido no espaço está a caminho

"É gratificante ver as pessoas chegando."

Conceito artístico Starship Lunar da SpaceX

Recentemente, a NASA concedeu um contrato de US$ 3,4 bilhões a uma equipe liderada pela Blue Origin para o projeto e construção de um segundo sistema de pouso humano para levar os astronautas à Lua.

O anúncio encerrou uma furiosa campanha de lobby de dois anos do proprietário da Blue Origin, Jeff Bezos, para obter uma parte cobiçada do programa Artemis da NASA. A NASA também obteve uma grande vitória, ganhando a competição com a SpaceX que buscava por serviços de pouso. Mas há uma conclusão mais profunda disso.

Depois de perder o contrato inicial de pouso para a SpaceX há dois anos, a Blue Origin não apenas ofereceu um preço mais baixo desta vez. Em vez disso, transformou radicalmente os meios pelos quais colocaria humanos na Lua. O lander Blue Moon agora é completamente reutilizável; permanecerá em órbita lunar, subindo e descendo até a superfície. Ele será atendido por um veículo de transporte que será abastecido na órbita baixa da Terra e, em seguida, entregará o propelente à Lua. Este transportador, por sua vez, será recarregado por vários lançamentos do foguete reutilizável New Glenn.

Certamente, é muito hardware que ainda precisa ser construído e testado. Mas quando recuamos, há um fato inescapável. Com a Starship totalmente reutilizável da SpaceX, e agora Blue Moon, a NASA selecionou dois veículos com base no conceito de muitos lançamentos e na capacidade de armazenar e transferir propelente no espaço.

Esta é uma transformação notável na maneira como os humanos explorarão o espaço sideral - potencialmente a maior mudança no voo espacial desde que a União Soviética lançou o satélite Sputnik em 1957. Já faz muito tempo.

"Sabíamos que essas eram as ideias certas décadas atrás", disse George Sowers, professor de engenharia mecânica na Colorado School of Mines. "É gratificante ver as pessoas chegando."

Qual é o problema?

Por praticamente toda a história dos voos espaciais, os humanos tentaram forçar as coisas. Foi preciso um foguete para colocar um pequeno satélite no espaço. Foi preciso um foguete maior para lançar humanos. E foi necessário o enorme veículo de lançamento Saturno V para finalmente colocar dois humanos na superfície da Lua. O plano sempre foi colocar tudo o que fosse necessário para uma missão — incluindo o propulsor — em um único foguete.

Mas isso acaba sendo uma maneira muito, muito ineficiente de fazer as coisas. Imagine que você queira dirigir do Rio Grande do Sul até o Amazonas sem parar em um posto de gasolina. Mesmo com um automóvel eficiente, seriam necessários cerca de 150 galões de gasolina. Bem, um tanque tão grande não cabe no seu porta-malas. Sem problemas - você dirige uma picape grande e coloca um tanque de 250 galões na carroceria. Certo! mas há um problema. Você adicionou uma tonelada extra ao seu veículo e sua eficiência de combustível cai drasticamente. Então agora você tem que puxar um grande trailer com um tanque de gasolina ainda maior. Mais gasolina, mais massa, mais gasolina para puxar esta massa e assim por diante. Esta é a tirania da equação de foguetes.

"Quanto mais longe você quer ir no espaço, a massa do propulsor aumenta exponencialmente", disse Sowers.

Grandes foguetes também podem ser incrivelmente caros. Por exemplo, o foguete do Sistema de Lançamento Espacial da NASA sozinho custa mais de US$ 2,75 bilhões por lançamento, e isso não inclui o preço de uma carga útil.

A solução para este problema envolve várias etapas. O primeiro é o lançamento distribuído. Dois foguetes Falcon Heavy, ou quatro foguetes Falcon 9, podem lançar tanta massa quanto o foguete do Sistema de Lançamento Espacial da NASA. O preço de qualquer uma das opções seria substancialmente inferior a US$ 275 milhões, ou um décimo do custo de um único lançamento da NASA. Isso existe hoje, e mais foguetes parcialmente reutilizáveis estão a caminho.

Conceito artístico do módulo lunar Blue Moon da Blue Origin.

A segunda tecnologia é armazenar e transferir combustível no espaço, conhecido como depósitos de propelentes. A SpaceX e a Blue Origin precisam de oxigênio líquido para servir de oxidante para seus motores, mas cada uma usa um combustível diferente: metano para Starship e hidrogênio para Blue Moon. Ambas as empresas têm trabalho a fazer para provar a tecnologia para armazenar e transferir esses propulsores, mas ambas já fizeram parceria com a NASA. Sowers acredita que este é um problema solucionável.

O terceiro avanço, que revela o potencial desse novo paradigma de voo espacial, é colher recursos no espaço. Isso significa aproveitar o gelo de água que se acredita existir em abundância nos pólos lunares e os amplos ingredientes para o metano na atmosfera marciana. O trabalho já está conectado aqui. A Blue Origin ganhou várias bolsas "Tipping Point" da NASA para demonstrar a produção de hidrogênio líquido e oxigênio na Lua e, com seu experimento MOXIE, a NASA já produzido oxigênio em Marte.

Hoje existe um grande interesse na comunidade de satélites do potencial reabastecimento no espaço. Lockheed, Maxar e Northrop Grumman estão construindo recursos de reabastecimento em seus satélites mais recentes. E empresas como Orbit Fab e Astroscale estão desenvolvendo tecnologias para realmente subir e entregar propelente. A economia faz sentido. Se custa US$ 10 milhões para reabastecer um grande satélite por três anos e esse satélite está entregando US$ 100 milhões por ano, a decisão é fácil.

Com a escolha da Starship e do módulo renovado Blue Moon, a NASA está expandindo dramaticamente o conceito de reabastecimento e reutilização para a exploração espacial.

Porque agora?

Se o lançamento distribuído, os depósitos de propelentes e a coleta de recursos em outros mundos fazem tanto sentido, por que a NASA não pressionou por essa atividade antes? Essa pergunta faz todo o sentido, e a resposta é em grande parte, culpa da política.

Por duas décadas após o Programa Apollo, a NASA se contentou em levar o ônibus espacial para a órbita baixa da Terra. Mas depois de um segundo acidente fatal - o Columbia em 2003 - a agência espacial e os formuladores de políticas começaram a falar seriamente sobre o que viria a seguir.

Alguns engenheiros, como Sowers, começaram a pensar seriamente sobre depósitos de propelentes nessa época. Sowers trabalhou na Lockheed Martin no início dos anos 2000, por um tempo servindo como engenheiro-chefe de sistemas durante o desenvolvimento do foguete Atlas V. Ele também participou do planejamento da empresa para o que se tornaria a espaçonave Orion. Uma iteração inicial do Orion, disse ele, era alimentada por um módulo de propulsão a hidrogênio que poderia ser reabastecido no espaço.

Como parte disso, ele e outros na Lockheed começaram a pesquisar conceitos de lançamento distribuído e colocar rigor de engenharia em depósitos de propelentes. Eles apresentaram trabalhos em conferências espaciais realizadas pelo Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica, e a ideia começou a ganhar credibilidade na indústria espacial.

"Foi a primeira vez que tive problemas", disse Sowers.

O problema veio do administrador da NASA, Mike Griffin, que estava montando um plano, chamado Constellation, para retornar à Lua. Foi baseado no lançamento de um único e massivo foguete Ares V, e ele o chamou de "Apolo com esteróides". A ideia do depósito foi encerrada por alguns anos até que o presidente Obama nomeou Lori Garver como vice-administradora da NASA. Ela era a favor de depósitos, e Sowers e outros apresentaram o conceito à Comissão Augustine, que revisou os planos de voos espaciais tripulados da NASA.

Em última análise, no entanto, o Congresso e os grandes empreiteiros espaciais tradicionais recuaram contra o conceito e o mataram com a introdução do grande Sistema de Lançamento Espacial (SLS) em 2010.

A essa altura, Sowers estava trabalhando com Bernard Kutter no grupo de programas avançados da United Launch Alliance. A empresa estava buscando algumas ideias inovadoras que envolviam depósitos e um estágio superior de foguete reutilizável chamado ACES, movido a hidrogênio. No entanto, a United Launch Alliance é co-propriedade da Boeing e da Lockheed, e a Boeing foi a principal contratada do foguete do Sistema de Lançamento Espacial.

Quando Sowers e sua equipe divulgaram uma série de documentos mostrando como uma arquitetura com reabastecimento e depósitos permitiria um programa de exploração humana usando foguetes comerciais existentes, os funcionários da Boeing ficaram furiosos e tentaram demiti-lo. Enquanto Sowers era protegido pela liderança de sua empresa, ele foi proibido de pronunciar a palavra "depósito".

Ao mesmo tempo, um poderoso senador dos Estados Unidos, Richard Shelby, do Alabama, estava acrescentando bilhões de dólares ao orçamento da NASA para o Sistema de Lançamento Espacial. Este veículo estava sendo projetado e gerenciado no Marshall Space Flight Center em seu estado natal. Ele também disse aos funcionários da NASA para pararem de falar sobre depósitos. Antes disso, a NASA estava considerando financiar alguns experimentos com a United Launch Alliance sobre armazenamento de propelentes no espaço.

Subindo de nível

Shelby se aposentou no final de 2022. Um defensor de longa data dos depósitos de propelentes, Jonathan Goff, não acredita que isso seja coincidência com o interesse renovado da agência espacial nos depósitos.

O físico alemão Max Planck é creditado com a noção de que a ciência avança apenas quando os praticantes mais velhos morrem, deixando espaço para novas ideias. O filósofo da ciência Thomas Kuhn resumiu de forma mais concisa o sentimento ao escrever: "A ciência avança um funeral de cada vez."

Goff ofereceu uma variação dessa ideia para voos espaciais: "A política espacial parece progredir com uma aposentadoria do Congresso de cada vez", disse ele.

Como Sowers, ele saudou a entrada da NASA em uma era de voos espaciais reutilizáveis. Mas Goff observou que isso realmente só está acontecendo porque dois bilionários, Elon Musk e Jeff Bezos, estão impulsionando agressivamente a ideia.

A NASA gastou tanto na última década no desenvolvimento do foguete SLS - mais de US $ 40 bilhões, incluindo sistemas terrestres - que sobrou pouco dinheiro para cargas úteis de exploração para voar neles. Portanto, quando chegou a hora de financiar as sondas lunares, a NASA teve que escolher as opções menos caras. Ambos Starship e Blue Moon são, aproximadamente, programas de desenvolvimento de pelo menos $ 10 bilhões. Mas como pode comprá-los com contratos de preço fixo, a NASA está pagando apenas cerca de um terço do custo total de ambos, US$ 6,3 bilhões.

"A única maneira pela qual a NASA poderia realmente fazer isso era não fazendo negócios como de costume", disse Goff.

Embora o desenvolvimento da Starship, Blue Moon e suas capacidades de reabastecimento seja um desafio, Goff disse que são projetos de engenharia e não ciência básica. Em outras palavras, sabemos que isso funcionará. Os humanos já construíram muitos foguetes antes e, com o Falcon 9, sabemos que a reutilização rápida é possível. A física e a engenharia do armazenamento e transferência de propelente são sólidas; só precisa ser feito.

"Acho que poderíamos ter feito muito disso na década de 1960 se tivéssemos pensado nisso", disse ele. "A única razão pela qual ainda não o fizemos é porque é difícil conseguir dinheiro para fazê-lo. Até agora, a maioria das pessoas presumia que um grande foguete, como o Apollo, era o único caminho." Mas não é.

Se a humanidade quiser subir de nível como uma espécie espacial, este reabastecimento no espaço e reutilização é o caminho certo a seguir.

Finalmente, estamos caminhando.

Expansão Astronauta

Fonte: Ars Tecnica