Este artigo foi originalmente publicado no Supercluster, um site dedicado a contar as maiores histórias do espaço exterior da humanidade.
Carl Sagan sonhava em navegar pelo sistema solar em velas empurradas por rajadas de sol, saindo de nossa estrela hospedeira.
Agora, a Planetary Society, liderada pelo CEO Bill Nye, “o cara da ciência”, pretende ajudar a transformar esse sonho em realidade, com um satélite que não é maior do que uma caixa de sapatos. Estas “velas solares”, que foram testadas apenas um punhado de vezes, podem um dia transportar espaçonaves para outros planetas, ou talvez até para outros sistemas estelares.
A próxima fase da navegação solar foi lançada em 24 de junho, quando um foguete SpaceX Falcon Heavy decolou da plataforma de lançamento do Kennedy Space Center, na Flórida. Escondido dentro de seu enorme cone nasal, entre duas dúzias de outros satélites, havia uma minúscula espaçonave: um dispositivo do tamanho de um pão, projetado para se impulsionar por velas leves que aproveitam a pressão da luz do sol.
A nave, apelidada de LightSail 2, pode ser o começo de uma nova era de vôos espaciais - uma em que as espaçonaves renunciam aos motores de foguetes em que confiam há décadas e navegam elegantemente sob os ventos do sol. Aproximadamente sete dias após o lançamento, o LightSail 2 irá sair de seu contêiner, estender quatro barrancos de 13 pés e implantar quatro folhas espelhadas de Mylar que coletivamente formam uma vela em forma de pipa de 340 pés quadrados. A próxima parte é pura magia cósmica.
De acordo com a Planetary Society, o LightSail 2 será a primeira nave a navegar estritamente pela luz enquanto estiver na órbita da Terra. O LightSail então se aproximará como um veleiro para elevar sua altitude, o que lhe valerá a distinção de ser a primeira espaçonave a navegar para uma órbita mais alta em torno do nosso planeta. Esse feito de navegação celeste poderia ser mais um passo em direção ao sonho de Carl Sagan de viajar pelo cosmos em velas refletivas impulsionadas por feixes de luz.
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Se você segurar as mãos para o sol, o que você sente? Calor. Mas escondido entre o calor é uma pressão tão minúscula que você nunca notaria isto. A luz em si exerce uma força, como uma brisa ventosa, mas é tão sutil que você nunca perceberia. Na Terra, é aproximadamente equivalente a um clipe de papel em suas mãos.
Mas no vácuo próximo do espaço, mesmo uma pressão diminuta como essa pode ter um grande efeito, pois empurra o tempo todo, hora após hora, dia após dia. E ao contrário do combustível de foguete, há um fornecimento gratuito e praticamente ilimitado de luz solar. Se pudermos aproveitar esse poder, podemos usá-lo; tudo que precisamos é de velas. Assim como os navegantes da antiguidade, as futuras naves espaciais (e os viajantes espaciais) poderiam se lançar na vasta extensão cósmica com a ajuda do sol - ou pelo menos é assim que Sagan imaginou isso.
Diagrama de um ônibus espacial liberando uma vela leve do compartimento de carga. (JPL) Sagan tinha uma grande visão para o futuro da exploração espacial, imaginando que astro-marinheiros participariam de regatas intergalácticas, pilotando suas naves espaciais através do universo, aproveitando o poder da luz das estrelas. Mas ele não foi o primeiro a imaginar a humanidade navegando pela luz.
Quatro séculos atrás, um cometa cruzou o céu, capturando a atenção do astrônomo alemão Johannes Kepler. Ele notou que a cauda do cometa parecia se espalhar por trás dele. A luz do sol, pensou ele, deve aquecer o cometa e liberar material de sua superfície. Essa observação astuta estimulou Kepler a pensar que a luz do sol poderia ser uma forma útil de propulsão.
"Providencie navios ou velas adaptados à brisa celestial, e haverá alguns que enfrentarão esse vazio", escreveu ele a Galileu em 1608.
Kepler viveu no meio de um renascimento científico, durante um tempo em que a humanidade começou a perceber seu lugar no cosmos. A Terra não era o centro do sistema solar, mas, de fato, um dos muitos planetas que orbitam uma das muitas estrelas. Como os navios - uma forma comum de viagem na época - são movidos por ventos, parece natural que Kepler visse pessoas navegando pelo espaço da mesma forma que os navegantes navegam pelos mares.
Mas levaria séculos para os sonhos de Kepler se tornarem realidade.
Em 1865, James Clerk Maxwell mostrou ao mundo que a luz continha pacotes de energia chamados fótons, e os fótons tinham um momento que poderia ser transferido para outros objetos. Se um fóton entra em contato com um objeto como uma vela solar brilhante, ele transfere parte de sua energia e empurra a vela para frente.
Vários projetos de forma de vela leve. (Raquel Scoggin / Superaglomerado) Com os avanços no rocketry após a Segunda Guerra Mundial, e com o lançamento do Sputnik em 1957, a ideia de explorar o cosmos mudou repentinamente da ficção científica para a realidade, e a navegação solar mais uma vez pareceu uma forma atraente de propulsão.
Logo após seu início, a NASA começou a planejar um bando de missões espaciais ambiciosas, incluindo o financiamento de vários estudos sobre velas solares. Na década de 1970, um plano foi traçado para o encontro com um cometa - o mesmo cometa que Kepler espionou no céu séculos antes. Esta espaçonave seria equipada com uma vela solar, usando a energia do sol para fazer sua jornada. Infelizmente, o plano foi descartado antes que pudesse chegar à plataforma de lançamento, mas a ideia da navegação solar continuaria viva.
Lou Freedman, um engenheiro da NASA que trabalhou nessa missão agora extinta, ainda estava convencido de que a navegação solar era uma forma viável de propulsão. Ele (junto com Carl Sagan e Bruce Murray, ex-chefe do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA) co-fundou a Planetary Society em 1980 em grande parte para transformar a navegação solar em realidade.
“A navegação solar em geral foi incorporada ao DNA da Planetary Society desde antes de termos sido fundadas”, diz Jennifer Vaughn, diretora de operações da empresa, ao Superaglomerado . "Todos os nossos três fundadores tiveram uma mão nos estágios iniciais da navegação solar."
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Descobrir como construir uma vela solar enorme e ultraleve e depois lançá-la no espaço seria um grande desafio. Mas o grupo perseverou, e a primeira incursão da sociedade na navegação solar finalmente atingiu a plataforma de lançamento em 2005, na forma de uma nave espacial chamada Cosmos 1. Infelizmente, o futuro satélite não conseguiu entrar em órbita, caindo perto da Rússia no Mar de Barents. Mais dez anos se passariam antes que a Planetary Society atingisse seu primeiro sucesso na navegação solar.
Diagrama de uma vela solar. (JPL) Os gerentes da missão voltaram para a prancheta e decidiram pensar em algo menor para a próxima tentativa. Cubesats - que são do tamanho de um pedaço de pão - explodiram na cena do voo espacial, fornecendo uma alternativa mais barata aos tradicionais satélites volumosos.
De acordo com Bill Nye, o advento do CubeSats realmente levou ao projeto atual da vela quadrada. “Uma vela quadrada é um ótimo ponto de partida e um ótimo design”, disse Nye ao Superaglomerado.
A nave resultante, apelidada de LightSail 1, era uma versão reduzida do Cosmos 1. Este mini satélite do tamanho de uma caixa de sapatos foi lançado em 2015, pegando um foguete Atlas V e voando em órbita ao lado do avião espacial clandestino X-37B da Força Aérea. .
Uma vez em órbita, o LightSail 1 provou que poderia implantar com sucesso sua vela no vácuo do espaço. Mas o minúsculo satélite enfrentou uma miríade de problemas, incluindo falhas de software, perdas de sinal e problemas de bateria ao longo de sua missão. Depois de um tempo tumultuado na órbita baixa da Terra, a pequena nave implantou seu homônimo: quatro velas mylar brilhantes, provando que você pode encaixar uma vela cheia de luz em um pacote pequeno.
Apesar de seus contratempos, como demonstração de tecnologia, o LightSail 1 foi um sucesso. Para celebrar, isso trouxe de volta o último selfie. Mas também fez com que as pessoas olhassem para cima, tentando identificar a nave enquanto esta pairava acima da Terra. Nye foi capaz de identificar o minúsculo satélite brilhando durante a noite enquanto passava pelo céu poluído pela luz de Nova York.
Com pouquíssimas partículas para diminuir a velocidade da vela com o arrasto, poderia acelerar uma espaçonave a velocidades muito altas com o passar do tempo. (Raquel Scoggin / Superaglomerado) Chegar a este ponto foi uma grande conquista para a Planetary Society, uma organização sem fins lucrativos criada para ajudar no avanço da ciência e exploração do espaço. "O espaço traz o melhor de nós", diz Bill Nye. "Apela a todas as pessoas e a todas as nacionalidades."
Mais de 40.000 membros da Sociedade Planetária apoiaram esta missão (e o desenvolvimento da navegação solar), doando de US $ 5 a mais de US $ 1 milhão para financiar a organização.
“É incrivelmente raro que alguém tenha a oportunidade de participar dos primeiros estágios de uma nova tecnologia de propulsão de espaçonave”, diz Bruce Betts, gerente de missão da LightSail. “Não há muitos. Estar nas fases iniciais, os primeiros passos da navegação solar, é uma grande honra ”.
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Ao longo dos anos, enquanto a Sociedade Planetária construía seus navios, outros ao redor do mundo também zarparam.
Uma missão de teste de 2015, chamada CubeSail, construída pelo Centro Espacial de Surrey, no Reino Unido, foi lançada, mas não foi implantada adequadamente. Três outras pequenas missões de vela - NanoSail-D, da NASA, CanX-7 do Canadá e InflateSail, de Surrey - tiveram algum sucesso, mas, assim como o LightSail 1, suas missões estavam confinadas à órbita baixa da Terra.
Diagrama de uma vela solar. (JPL) O Japão teve o maior sucesso com a navegação solar até agora, já que a nave interplanetária acelerada pela radiação do Sol (IKAROS) foi lançada em órbita ao redor do Sol em 2010. Uma vez no espaço profundo, ela abriu uma área de 46 pés. vela quadrada e, pela primeira vez na história, começou a dirigir e mudar sua velocidade com o poder do sol.
A espaçonave também tinha células solares embutidas em sua vela em forma de pipa para gerar eletricidade. Não se esperava que as células produzissem muita energia durante o voo, mas ajudaram a servir como uma plataforma de testes para futuros motores de propulsão iônica.
IKAROS passou os três anos seguintes medindo sua aceleração devido à leve pressão. Ele também testou várias maneiras de controlar seu movimento usando cristais líquidos (parecidos com um display eletrônico de LCD) embutidos na vela que poderiam ajustar a refletividade da nave e alterar sua velocidade. A eletricidade que flui através dos painéis aumentou a refletividade, permitindo que a espaçonave acelerasse para frente, enquanto a desativação do fluxo fazia com que a pressão do sol se difundisse.
Autoridades espaciais japonesas dizem que o IKAROS conseguiu ajustar seu curso e sua orientação antes do final planejado da missão em 2015. O contato com o IKAROS foi perdido, mas o rastreamento subsequente mostra que a vela solar continua girando em torno do sol entre a Terra e Vênus. e a forma de sua órbita continua a mudar como resultado de mudanças na leve pressão.
Mas junto com seus sucessos, os dados da IKAROS mostram que ainda temos um longo caminho a percorrer antes de percebermos todo o potencial da navegação solar. A Planetary Society espera que, se tudo correr conforme o planejado, o LightSail 2 ajudará a transformar as velas solares em um método confiável, de baixo custo e sem propelente de voar pelo espaço.
A partir daí, as possibilidades são quase ilimitadas. Com uma vela leve, uma espaçonave poderia ir para a lua, para asteróides, para Júpiter - em qualquer lugar onde o vento soprasse, sem usar combustível algum.
