O que pode dar errado durante o pouso da sonda Perseverance em Marte esta semana

O fracasso pode assumir muitas formas na próxima semana, quando o rover da próxima geração da Nasa, o Perseverance, chegar à superfície do Planeta Vermelho. Reunimos aqui uma lista do que precisa dar certo – e como as coisas podem rapidamente dar errado – quando o Perseverance tentar fazer sua tão esperada aterrissagem.

Para a Nasa, a entrada, descida e pouso (EDL) do Perseverance na quinta-feira, 18 de fevereiro, apresenta vários pontos potenciais de falha. A agência espacial norte-americana disse que “centenas de coisas têm que funcionar perfeitamente” para que o rover sobreviva aos sete minutos de terror. Não podemos dar um pouso seguro como garantido: como a Nasa aponta, apenas “cerca de 40% das missões já enviadas a Marte – por qualquer agência espacial – foram bem-sucedidas”. Pois é.

Resumindo, o Perseverance terá que passar de velocidades que atingem 20.000 km/h para um ritmo de caminhada ao longo de vários minutos. Além do mais, ele terá que realizar isso de forma autônoma, já que leva quase 11 minutos para que os sinais de rádio cheguem à Terra. Para complicar as coisas, a Nasa está lançando duas novas tecnologias para a missão, ambas relacionadas à fase EDL e ambas não comprovadas.

Todas as três fases – entrada, descida e pouso – apresentam seus próprios desafios únicos.

Gráfico mostrando as várias fases do próximo pouso. Gráfico: Nasa/JPL-Caltech

O rover, aninhado dentro do estágio de descida, se separará do estágio de cruzeiro, que, com seus painéis solares, rádios e tanques de combustível, não será mais necessário. Em seguida, a espaçonave terá que se orientar de forma que seu escudo térmico fique voltado para a frente, uma tarefa possibilitada por pequenos propulsores localizados no casco posterior. Durante a entrada na atmosfera, o escudo térmico da espaçonave precisará suportar temperaturas que chegam a 1.300 graus Celsius. Uma falha estrutural neste estágio seria catastrófica, encerrando a missão antes que ela tivesse a chance de começar.

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De fato, as missões anteriores ao Planeta Vermelho falharam bem na porta de Marte. Em 1999, a Mars Climate Orbiter da Nasa entrou em uma órbita muito baixa, fazendo com que a espaçonave queimasse na atmosfera. A falha foi eventualmente atribuída a um erro de conversão, no qual as unidades imperiais de libra-segundos não foram convertidas para a métrica padrão de Newton-segundos. Odeio quando isso acontece.

Se o estágio de descida sobreviver à entrada atmosférica, ele ainda terá que lidar com bolsões de ar densos e variáveis ​​que podem desviá-lo do curso. Uma entrada guiada será realizada para evitar este problema, no qual o estágio de descida disparará pequenos propulsores para compensar.

Gráfico comparando o tamanho da elipse de pouso do rover Curiosity (azul) com a elipse de pouso do Perseverance (vermelha). Gráfico: Nasa/JPL-Caltech

O desdobramento do paraquedas de 21,5 metros de largura é o próximo passo. Se o paraquedas se desenrolar corretamente e não ficar preso, o estágio de descida desacelerará abruptamente para 1.600 km/h, o que ainda é incrivelmente rápido (lembre-se de que Marte tem uma atmosfera super fina). A implantação deste paraquedas supersônico dependerá de uma nova tecnologia não comprovada chamada Range Trigger, que calculará a distância até o local de pouso e fará com que o paraquedas seja aberto no momento certo.

Espera-se que isso aconteça cerca de 240 segundos após a entrada na atmosfera, quando o estágio de descida estiver cerca de 11 quilômetros acima da superfície. O Perseverance se despedirá de seu escudo térmico cerca de 20 segundos após o paraquedas ter sido aberto, introduzindo outro ponto potencial de falha.

Este é um estágio crítico – com precedentes históricos lamentáveis. Durante o pouso fracassado da missão Schiaparelli da ESA em 2016, o estágio de descida ejetou prematuramente o paraquedas e o escudo térmico, resultado de uma falha de software. Um computador de bordo achou que estava a apenas alguns metros do solo, mas na realidade o estágio de descida estava em algum lugar entre 2 a 4 quilômetros acima da superfície. Você pode imaginar o que aconteceu a seguir. A destruída sonda Schiaparelli estava viajando a cerca de 300 km/h quando se chocou contra o rególito marciano.

Gráfico mostrando como funcionará o sistema Terrain-Relative Navigation. Gráfico: Nasa/JPL-Caltech

Sem o escudo térmico e com o rover finalmente exposto à atmosfera marciana, outra nova tecnologia entrará em ação, chamada de Terrain-Relative Navigation. A execução adequada desta ferramenta será crítica, pois o local de pouso escolhido, uma cratera, é bastante perigoso.

“Jezero tem 45 quilômetros de largura, mas dentro dessa extensão existem muitos perigos potenciais que o rover pode encontrar: colinas, campos rochosos, dunas, as paredes da própria cratera, para citar apenas alguns”, disse Andrew Johnson, engenheiro de sistemas robóticos do Jet Propulsion Laboratory da Nasa, em um comunicado à imprensa. “Então, se você pousar em um desses perigos, pode ser catastrófico para toda a missão.”

É assim que a Nasa descreve a nova ferramenta, que deve permitir que a nave de pouso determine sua posição em relação à superfície com um grau de precisão próximo a cerca de 40 metros ou menos.

A navegação relativa ao terreno permite que o rover faça estimativas muito mais precisas de sua posição em relação ao solo durante a descida. […] Usando imagens de orbitadores de Marte, a equipe da missão cria um mapa do local de pouso. O rover armazena este mapa em seu novo “cérebro” de computador, projetado especificamente para suportar a navegação relativa ao terreno. Descendo em seu paraquedas, o rover tira fotos da superfície que se aproxima rapidamente. Para descobrir para onde está indo, o rover compara rapidamente os pontos de referência que vê nas imagens com seu mapa a bordo. Armado com o conhecimento de para onde está indo, o rover procura em outro mapa a bordo de zonas de pouso seguras para encontrar o lugar mais seguro que pode alcançar. O rover pode evitar solos perigosos de até cerca de 335 metros de diâmetro (aproximadamente o tamanho de três campos de futebol de ponta a ponta), desviando-se para um terreno mais seguro.

O paraquedas deve desacelerar o estágio de descida para cerca de 320 km/h, exigindo um último passo para desacelerar: a descida motorizada com oito minúsculos retro-foguetes. Depois de largar o paraquedas, o rover, ainda preso à sua carcaça, navegará em direção à superfície de uma altura inicial de 2.100 metros.

Representação da manobra de pouso. Ilustração: Nasa/JPL-Caltech

Cerca de 12 segundos antes do pouso, e a uma velocidade bastante razoável de 2,7 km/h, será a hora da manobra chamada “skycrane” (em tradução literal, seria algo como “guindaste no céu”). A carcaça descerá o rover usando três cabos de 20 metros 66 pés de comprimento, durante os quais as pernas e rodas do rover se moverão para sua posição de pouso. O Perseverance, pressentindo uma aterrissagem iminente, vai soltar os cabos, e o estágio de descida vai disparar e cair – espero – bem longe.

Muitas partes móveis, incluindo alguns projéteis, obviamente tornam esta dança extraordinariamente complicada. O escudo térmico, o paraquedas e a carcaça podem danificar ou interferir de outra forma no pouso e/ou no desempenho do Perseverance.

Mais uma vez, a história fornece outro exemplo de uma missão que falhou neste ponto, nomeadamente o Mars Polar Lander da Nasa, que, como o Mars Climate Orbiter, morreu em 1999 (não foi um grande ano para a Nasa). De acordo com a agência espacial norte-americana, a “causa mais provável da falha foi a geração de sinais espúrios quando as pernas do módulo de pouso foram implantadas durante a descida”, o que “indicou falsamente que a espaçonave havia pousado em Marte quando na verdade ainda estava descendo”, fazendo com que os “motores principais desligassem prematuramente”, resultando na queda da sonda na superfície marciana.

Se algo der errado durante o pouso, Swati Mohan será uma das primeiras a saber, já que ela é a líder de operações de orientação, navegação e controle da missão Marte 2020. Ela vai estar no controle da missão da Nasa acompanhando o progresso e as condições do rover durante o pouso.

“A vida real sempre pode lançar bolas curvas. Portanto, vamos monitorar tudo durante a fase de cruzeiro, verificando a energia da câmera, garantindo que os dados estejam fluindo conforme o esperado”, disse Mohan em um comunicado à imprensa. “E assim que recebermos o sinal do rover que diz: ‘Pousei e estou em terreno estável’, poderemos comemorar.”

O rover, embora modelado no Curiosity, tem muitos recursos novos, incluindo uma série de câmeras e a capacidade de perscrutar abaixo da superfície com um radar de penetração no solo. O rover pousará na cratera de Jezero, onde procurará por sinais de vida antiga. Se a vida já existiu em Marte, um local como a cratera de Jezero – um antigo lago e delta de rio – teria sido um lugar ideal para micróbios se encontrarem. Além deste importante trabalho astrobiológico, o Perseverance também estudará o clima e a geologia marcianos, implantará um pequeno helicóptero chamado Ingenuity e coletará amostras para uma missão futura.

A Nasa terá uma transmissão ao vivo da cobertura do pouso, que está agendada para 18 de fevereiro às 17h30 (horário de Brasília). Estaremos observando e esperando que tudo dê certo.