A Europa está se preparando para visitar o planeta quente, misterioso e que fica mais próximo do Sol: Mercúrio. BepiColombo, a primeira missão europeia rumo a Mercúrio está atualmente sendo preparada para lançamento no European Spaceport localizado em Kourou, na Guiana Francesa.
A espaçonave foi construída sob a coordenação industrial da Airbus, que liderou um consórcio de 83 empresas de 16 países para a Agência Espacial Europeia (ESA) e a Agência Espacial Japonesa (JAXA).
A espaçonave 4-em-1 será lançada em outubro a bordo do voo VA 245 do Ariane 5 em direção ao menor e menos explorado planeta rochoso do Sistema Solar. A espaçonave de 6,4 metros com configuração de satélites empilhados será lançada em uma trajetória direta a partir da Terra para dar início à viagem de sete anos rumo a Mercúrio.
As fontes de energia utilizadas pelo BepiColombo serão a gravidade da Terra, de Vênus e do próprio Mercúrio, juntamente com o impulso conferido pela propulsão solar-elétrica (solar-electric propulsion – SEP).
Durante a viagem até Mercúrio, dois orbitadores e um módulo de transferência, composto por unidades de propulsão elétrica e de propulsão química convencional – além de um escudo solar -, serão integrados para, juntos, formarem a espaçonave.
Quando chegar a Mercúrio, no final de 2025, o módulo de transferência vai separar os dois orbitadores científicos. Os orbitadores enfrentarão temperaturas de até 350°C durante a missão inicial de um ano, que poderá ser estendida por mais um ano.
Enquanto os preparativos finais estão sendo feitos em Kourou, uma equipe de profissionais da Airbus está fortemente envolvida na operação da simulação LEOP (Launch and Orbit Phase, ou Fase de Lançamento e Órbita) no Centro Europeu de Operações Espaciais (ESOC – European Space Operations Center), localizado em Darmstadt, na Alemanha. Uma equipe de assistência dedicada ao projeto estará presente no ESOC durante o lançamento para ajudar na fase dos primeiros “passos” do BepiColombo.
O brilho do Sol impossibilita que Mercúrio seja estudado em detalhe com telescópios e o calor extremo e sua proximidade ao Sol dificultam o acesso ao planeta.
Até o momento, apenas duas missões da NASA visitaram Mercúrio: a Mariner 10 na década de 1970 e a Messenger, que orbitou o planeta de 2011 a abril de 2015, quando acabou seu combustível. As agências ESA e JAXA uniram forças para a missão BepiColombo, que é composta por dois orbitadores separados: o Orbitador Planetário de Mercúrio (Mercury Planetary Orbiter – MPO), construído pela ESA, e o Orbitador Magnetosférico de Mercúrio (Mercury Magnetospheric Orbiter – MMO), construído pela JAXA.
A missão BepiColombo, batizada em homenagem ao professor italiano Giuseppe ‘Bepi’ Colombo, cuja participação foi essencial para o sucesso da missão Mariner 10, examinará as peculiaridades da estrutura interna e a geração do campo magnético em Mercúrio e como eles interagem com o Sol, além dos ventos solares.
A espaçonave também investigará as características químicas e estruturas da superfície do planeta, como o gelo presente em crateras polares, uma região permanentemente localizada à sombra. Os estudos científicos da missão aumentarão significativamente nosso conhecimento sobre a formação dos planetas do Sistema Solar e a evolução de planetas localizados próximos a sua estrela mãe.
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A Espaçonave BepiColombo
Como principal fornecedor da ESA, a Airbus foi responsável pelo projeto e construção do Orbitador Planetário de Mercúrio, bem como de todos os outros equipamentos europeus que fazem parte da espaçonave. Nossos engenheiros criaram uma espaçonave em configuração empilhada, possibilitando que os dois orbitadores viajem como uma única unidade servida por um módulo dedicado de propulsão para a transferência, o chamado Módulo de Transferência de Mercúrio (Mercury Transfer Module – MTM), que também foi projetado e construído pela Airbus.
A viagem da Terra até Mercúrio pressupõe a redução da velocidade da aeronave, para que seja possível que a gravidade do Sol puxe a espaçonave em sua direção, diminuindo assim o tamanho da órbita. Para que consiga chegar à velocidade correta para ser colocada em órbita graças à força gravitacional de Mercúrio, a espaçonave deve diminuir sua velocidade em 7km/s, ou sete vezes a propulsão necessária para chegar a Marte.
A BepiColombo conseguirá frear por causa de nove passagens planetárias (passando 1 vez pela Terra, 2 vezes por Vênus e 6 vezes por Mercúrio), o que lhe garantirá 4 km/s de frenagem.
Após uma viagem de sete anos e 18 órbitas ao redor do Sol para conseguir entrar na órbita de Mercúrio, o MTM será ejetado e o Orbitador Planetário de Mercúrio assumirá a função de propulsão na espaçonave.
Por meio da captura por gravidade livre, o restante da espaçonave dará uma guinada, entrando na órbita de Mercúrio, e descendo às órbitas científicas. O Orbitador Magnetosférico de Mercúrio será ejetado em sua órbita antes do escudo solar ser ejetado e o Orbitador Planetário de Mercúrio descer ainda mais em direção à sua órbita de destino. Dessa forma, os orbitadores conduzirão o exame mais minucioso de Mercúrio da história.
Soluções de resfriamento para equipamentos quentes
Localizado a apenas 58Km do Sol, Mercúrio representa um desafio especial para a visita de espaçonaves. Durante o dia, a superfície do planeta torra a temperaturas que chegam a 450ºC ou mais, o que é suficiente para derreter alguns tipos de metal. Por causa disso, uma espaçonave em órbita em Mercúrio deve aguentar não só o calor extremo proveniente do Sol, como também a radiação infravermelha emitida por esse planeta escaldante.
Nossos engenheiros resolveram esse problema ao cobrir todas as superfícies externas do Orbitador Planetário de Mercúrio da ESA – exceto o único lado onde fica o radiador – com um material isolante com multicamadas e capaz de aguentar temperaturas extremas. Esse material, composto por 50 camadas de cerâmica e titânio, foi criado especialmente para a missão BepiColombo.
As antenas são feitas de titânio resistente ao calor e revestidas com uma cobertura inédita. Como a missão do MPO é investigar a superfície de Mercúrio, um lado estará sempre voltado para o planeta, para que seus instrumentos possam monitorar ininterruptamente a superfície, enquanto o radiador ficará virado para o espaço, para descartar o calor que passa pelo módulo.
Envolvimento da Airbus
O principal fornecedor é a Airbus em Friedrichshafen, na Alemanha, responsável pelo projeto do sistema e sua realização, verificação funcional e pela gestão de projeto em geral. A equipe de Stevenage, no Reino Unido, ficou responsável pelos sistemas estruturais e de propulsão para o MPO e o MTM, além do design térmico do MTM. A Airbus em Toulouse, na França, desenvolveu o Central Software para os computadores de tipo-2 a bordo da espaçonave, além de conduzir análises detalhadas de Altitude e Órbita. A Airbus em Madrid-Barajas, na Espanha, foi responsável pela estrutura do MTM.
O Sistema Elétrico de Propulsão utiliza duas PPUs (Unidades de Processamento de Energia) desenvolvidas pela Airbus em Tres Cantos, na Espanha. Essas unidades, cada uma das quais pesando 48Kg, processam 5 kW de energia cada uma para fazer funcionar os motores de íon do Sistema Elétrico de Propulsão. As PPUs foram criadas de modo que as duas unidades possam operar simultaneamente dois dos quatro propulsores com os quais o módulo de propulsão está equipado.
As placas de energia solar do MPO, fornecidas pela Airbus em Ottobrunn, na Alemanha, são um modelo capaz de suportar altas temperaturas de até 215°C. As placas foram desenvolvidas com componentes criados exclusivamente para que pudessem ser compatíveis com as condições térmicas. As placas são capazes de gerar 2kW.
O controle térmico do sistema solar é feito por meio de uma tecnologia única, que envolve uma mistura de células e OSRs (espelhos de vidro) que ocupam 17% da área total das placas. A temperatura das placas solares é mantida dentro de um nível aceitável por meio do controle de sua inclinação e pela constante rotação à medida que a espaçonave orbita em torno de Mercúrio.
As placas de energia solar do MTM, fornecidas pela Airbus em Leiden, na Holanda, também são um modelo capaz de suportar altas temperaturas de até 215°C e usam as mesmas tecnologias das instaladas no MPO. À medida que a espaçonave se aproxima do Sol, a energia produzida pelas placas aumenta também, devido ao aumento da temperatura.
Uma vez que tenha sido atingida a temperatura de 190°C nas placas (por volta de 0,5 AU), o sistema de placas deve ser inclinado reduzindo assim sua área projetada e limitando a energia gerada. As duas asas possuem uma área de 40m² com uma massa total de 290Kg.
