Dez voos sobre sete áreas geológicas simularam a descida da sonda DAVINCI pela atmosfera de Vênus Câmeras ópticas e infravermelhas produziram mapas tridimensionais do relevo e identificaram diferentes tipos de rocha Os testes confirmaram a capacidade do sistema de estudar a região do pouso da sondaA NASA realizou, no fim de junho, uma campanha de testes em Crater Island, no norte de Utah, para avaliar o sistema de imagens da missão DAVINCI, sigla em inglês para Investigação da Atmosfera Profunda de Vênus sobre Gases Nobres, Química e Imagens.
Durante os voos, um helicóptero simulou a descida da futura sonda e verificou se suas câmeras e seus instrumentos poderão analisar o relevo e a composição das rochas venusianas.
A missão prevê que a sonda atravesse a densa atmosfera de Vênus durante aproximadamente 60 minutos. Nesse período, deverá registrar imagens, medir a composição química dos gases e coletar informações sobre um ambiente que ainda não foi observado de perto com esse nível de detalhamento.
Missão busca detalhes ainda desconhecidos de Vênus
Batizada em homenagem ao visionário artista e cientista renascentista Leonardo da Vinci, a missão DAVINCI, da NASA, estudará Vênus desde as regiões acima de suas nuvens até a superfície, investigando como o planeta e sua atmosfera espessa e esmagadora se formaram e evoluíram ao longo dos últimos 4,5 bilhões de anos.
A DAVINCI é composta por uma espaçonave e uma sonda. Durante uma série de sobrevoos, a espaçonave acompanhará os movimentos das nuvens de Vênus e mapeará a composição de sua superfície.
Dois anos após o início da missão, a espaçonave liberará uma sonda que analisará a composição química da atmosfera, bem como a temperatura, a pressão e os ventos, enquanto desce em direção à superfície.
Ao alcançar a região abaixo das nuvens, a sonda realizará medições e capturará imagens de alta resolução de uma formação montanhosa singular chamada Alpha Regio, que pode estar entre as superfícies mais antigas de Vênus. Isso permitirá aos cientistas estudar remotamente rochas com bilhões de anos.
Por que é tão difícil chegar à superfície de Vênus
Vênus costuma ser apresentado como o planeta irmão da Terra. A comparação faz sentido: os dois mundos são rochosos, possuem estruturas internas semelhantes e têm dimensões próximas.
O diâmetro de Vênus é de aproximadamente 12.104 quilômetros, contra 12.756 quilômetros da Terra. As semelhanças, porém, praticamente terminam aí. Sob a aparência tranquila de suas nuvens claras encontra-se um dos ambientes mais hostis do Sistema Solar.
Chegar às proximidades de Vênus já exige uma viagem interplanetária de vários meses, navegação extremamente precisa e proteção contra a radiação e o calor solar. A parte mais difícil, no entanto, começa quando a nave entra na atmosfera. A partir desse momento, ela precisa atravessar nuvens corrosivas, suportar uma desaceleração violenta, resistir ao aumento contínuo da pressão e continuar funcionando em uma temperatura capaz de inutilizar rapidamente os componentes eletrônicos convencionais.
Um planeta parecido com a Terra apenas no tamanho
Vênus é o segundo planeta a partir do Sol e está, em média, a 108 milhões de quilômetros da estrela. Sua distância em relação à Terra varia muito ao longo das órbitas: na maior aproximação, os dois planetas ficam separados por cerca de 38 milhões de quilômetros, mas podem chegar a mais de 260 milhões de quilômetros de distância.
O planeta leva aproximadamente 225 dias terrestres para completar uma volta ao redor do Sol. Sua rotação é ainda mais lenta: uma volta completa em torno do próprio eixo dura cerca de 243 dias terrestres.
Além disso, Vênus gira no sentido contrário ao da Terra e da maioria dos planetas. Para um observador que pudesse permanecer em sua superfície, o Sol nasceria no oeste e se poria no leste. O intervalo entre um nascer do Sol e o seguinte corresponde a cerca de 117 dias terrestres.
A atmosfera é composta principalmente de dióxido de carbono, aproximadamente 96,5%, e nitrogênio, cerca de 3,5%, além de pequenas quantidades de outros gases. O dióxido de carbono produz um efeito estufa extremo: a energia recebida do Sol fica retida na atmosfera, elevando a temperatura média da superfície para cerca de 465°C. Por isso, Vênus é mais quente do que Mercúrio, apesar de estar mais distante do Sol.
A pressão atmosférica na superfície é aproximadamente 92 a 93 vezes maior do que a pressão ao nível do mar na Terra. É uma pressão comparável à encontrada a cerca de 900 metros de profundidade em um oceano terrestre.
Primeiro desafio: acertar a entrada
Uma sonda não pode simplesmente apontar para Vênus e cair em sua direção. O ângulo de entrada precisa ser calculado com grande precisão.
Caso a trajetória seja muito inclinada, a nave atravessará rapidamente as camadas superiores da atmosfera, sofrerá uma desaceleração excessiva e enfrentará temperaturas extremas. Caso seja pouco inclinada, poderá ricochetear nas camadas atmosféricas e voltar ao espaço, de maneira semelhante a uma pedra que salta sobre a superfície da água.
Em um modelo estudado para a missão DAVINCI, da NASA, a cápsula entraria na atmosfera a aproximadamente 10,4 quilômetros por segundo, o equivalente a mais de 37 mil quilômetros por hora.
As simulações preveem um pico de desaceleração em torno de 32 vezes a gravidade terrestre. Isso significa que cada quilograma da nave exerceria, durante alguns instantes, uma força equivalente à de aproximadamente 32 quilogramas em repouso na Terra.
Para atravessar essa fase, a sonda precisa de um escudo térmico. O escudo absorve e dissipa a energia produzida pela compressão e pelo atrito com os gases atmosféricos, protegendo os instrumentos instalados no interior da cápsula.
Segundo desafio: atravessar as nuvens
Vênus está permanentemente coberto por uma extensa camada de nuvens. Elas impedem que a superfície seja observada diretamente em luz visível. Por essa razão, grande parte dos mapas do planeta foi produzida por radar, especialmente pela missão Magellan, da NASA, que cartografou aproximadamente 98% da superfície entre 1990 e 1992.
Muitas das imagens coloridas de Vênus divulgadas ao público são representações construídas a partir desses dados, e não fotografias convencionais.
As nuvens contêm gotículas de ácido sulfúrico. Uma cápsula que as atravesse precisa usar materiais, vedações e revestimentos capazes de resistir à corrosão. Parte dessas gotículas pode precipitar, mas o calor das camadas inferiores faz com que evaporem antes de alcançar o solo. Não existe, portanto, um oceano ou uma chuva permanente de ácido líquido na superfície.
Nas camadas superiores da atmosfera, os ventos podem chegar a aproximadamente 360 quilômetros por hora. Esse movimento, conhecido como super-rotação, faz com que as nuvens completem uma volta ao redor do planeta em poucos dias, embora o próprio Vênus leve 243 dias terrestres para completar uma rotação. Perto do solo, os ventos são muito mais lentos, mas a elevada densidade do ar aumenta as forças exercidas sobre estruturas e equipamentos.
Terceiro desafio: controlar a descida
A atmosfera extremamente densa apresenta uma vantagem: ela ajuda a frear a nave. Depois da fase mais violenta da entrada, paraquedas podem reduzir ainda mais a velocidade.
Contudo, paraquedas usados em Vênus precisam resistir a temperaturas crescentes e a uma atmosfera quimicamente agressiva. Seus materiais não podem derreter, deformar-se ou perder resistência durante a descida. Além disso, pequenas assimetrias podem fazer a cápsula girar, prejudicando medições, fotografias e a orientação das antenas.
Em certas missões, o paraquedas pode ser descartado antes da chegada ao solo. Nas camadas inferiores, a densidade atmosférica já produz resistência suficiente para limitar a velocidade de queda. Essa estratégia também reduz o tempo de exposição do paraquedas às temperaturas mais elevadas.
Quarto desafio: resistir à pressão
À medida que a cápsula desce, a pressão aumenta continuamente. Na superfície, ela chega a aproximadamente 92 atmosferas.
Para impedir que os instrumentos sejam esmagados, eles precisam ficar dentro de uma estrutura semelhante a um pequeno submarino: uma esfera ou cápsula metálica, com paredes espessas e poucas aberturas. Cabos, sensores, lentes e antenas precisam atravessar essa estrutura sem criar pontos vulneráveis.
Existe ainda um conflito de engenharia. Paredes mais grossas oferecem maior proteção, mas tornam a nave mais pesada. Quanto maior a massa, mais difícil e caro é lançar, transportar, frear e pousar o equipamento. Cada instrumento científico incluído na missão também exige espaço, energia, proteção térmica e sistemas de transmissão.
Quinto desafio: sobreviver ao calor
A temperatura próxima de 465°C representa o maior obstáculo para operações prolongadas. Esse calor é suficiente para derreter chumbo e danificar rapidamente baterias, isolantes, circuitos, câmeras, motores e mecanismos convencionais.
Os computadores normalmente usados em sondas espaciais são construídos principalmente com componentes de silício. Esses componentes não conseguem operar durante muito tempo nas temperaturas da superfície venusiana. Para protegê-los, as missões anteriores utilizaram isolamento térmico e estruturas internas resfriadas antes da entrada.
O problema é que esse sistema funciona como uma caixa térmica: ele apenas retarda a entrada do calor. Mais cedo ou mais tarde, o interior atinge uma temperatura incompatível com o funcionamento dos circuitos.
Sistemas ativos de refrigeração poderiam prolongar a missão, mas exigiriam muita energia e precisariam eliminar calor em um ambiente que já está extremamente quente. Por isso, pesquisadores estudam componentes eletrônicos de alta temperatura, como circuitos feitos de carbeto de silício, além de sensores, motores, baterias e materiais capazes de funcionar diretamente nas condições venusianas.
Sexto desafio: pousar em um terreno pouco conhecido
As nuvens dificultam a produção de imagens detalhadas dos locais de pouso. Os mapas de radar revelam montanhas, planícies, crateras, fraturas, canais de lava e estruturas vulcânicas, mas não oferecem o mesmo grau de detalhe das fotografias orbitais disponíveis para Marte.
Uma sonda pode encontrar rochas, encostas, rachaduras ou superfícies inclinadas que não aparecem claramente nos mapas. O trem de pouso precisa absorver o impacto e manter a cápsula estável mesmo sem um conhecimento preciso do terreno.
A superfície de Vênus possui extensas planícies vulcânicas, regiões montanhosas, milhares de estruturas associadas ao vulcanismo e terrenos deformados conhecidos como tesselas. Dados da missão Magellan também forneceram evidências diretas de atividade vulcânica recente, incluindo mudanças em uma abertura vulcânica e o aparecimento de prováveis fluxos de lava entre diferentes observações.
Isso significa que Vênus não deve ser considerado um mundo geologicamente morto. Ainda não se conhece, porém, a frequência exata das erupções nem a extensão atual de sua atividade interna.
Sétimo desafio: transmitir os dados antes que a sonda pare
Uma missão não precisa apenas pousar. Ela precisa medir, armazenar e transmitir as informações.
As nuvens, a rotação da cápsula e a posição de Vênus em relação à Terra dificultam a comunicação direta. Uma solução é usar uma nave de apoio que passe sobre o local e receba os sinais da sonda. Os dados precisam ser enviados rapidamente, pois não existe garantia de que o equipamento continuará funcionando após chegar ao solo.
A futura sonda atmosférica DAVINCI, por exemplo, foi planejada para transmitir seus dados científicos essenciais durante a descida. A sobrevivência prolongada depois do impacto não constitui o objetivo principal do projeto básico. Essa decisão mostra como é difícil garantir até mesmo alguns minutos de funcionamento na superfície.
O que as missões anteriores conseguiram
A antiga União Soviética foi responsável pelas principais explorações diretas da superfície venusiana. Em 1970, a Venera 7 realizou o primeiro pouso suave bem-sucedido em outro planeta e transmitiu dados durante aproximadamente 23 minutos. Posteriormente, outras sondas enviaram fotografias e analisaram características do solo.
O recorde de sobrevivência continua pertencendo à Venera 13, que chegou à superfície em 1982 e transmitiu informações durante 127 minutos. Depois desse período, seus sistemas deixaram de funcionar em consequência das condições ambientais. Nenhuma nave permaneceu operacional por um dia terrestre completo no solo de Vênus.
Esses resultados mostram que alcançar Vênus não é impossível. O verdadeiro desafio é permanecer ali.
Por que voltar a Vênus
Estudar Vênus pode ajudar a explicar como dois planetas inicialmente semelhantes seguiram caminhos tão diferentes. Há indícios de que o planeta tenha possuído mais água no passado, mas ainda não se sabe durante quanto tempo existiram condições mais amenas nem exatamente como ocorreu a transformação para o atual efeito estufa extremo.
A NASA prepara as missões DAVINCI, que deverá estudar a atmosfera durante uma descida, e VERITAS, destinada ao mapeamento orbital do planeta. A missão VERITAS está prevista para ser lançada não antes de 2031.
A Agência Espacial Europeia desenvolve a EnVision, com lançamento planejado para novembro de 2031, destinada a investigar a atmosfera, a superfície, o subsolo e a estrutura interna de Vênus.
Essas missões poderão melhorar os mapas, procurar novos sinais de vulcanismo, estudar a composição das rochas e reconstruir a história climática do planeta. Entretanto, manter uma estação, um veículo ou mesmo um pequeno módulo científico funcionando durante semanas ou meses na superfície continua sendo um dos maiores desafios tecnológicos da exploração planetária.