Retorno da Artemis à Terra testa a maior falha da Orion: o escudo protetor

Enquanto quatro astronautas completam sua histórica viagem ao redor da Lua a bordo da espaçonave Orion da Nasa, com 5 metros de diâmetro, eles testarão uma falha conhecida — uma falha que levou alguns especialistas a aconselharem a agência espacial a não realizar a missão com humanos a bordo. A Nasa continua confiante de que o problema está sob controle e que a espaçonave poderá trazer a tripulação de volta para casa em segurança.

O problema está relacionado a um revestimento especial aplicado à parte inferior da espaçonave, chamado escudo térmico. Trata-se de um componente crucial projetado para proteger os astronautas de temperaturas extremas durante a descida de volta à Terra na etapa final da missão lunar Artemis II.

Essa parte vital da espaçonave Orion é quase idêntica ao escudo térmico usado na missão Artemis I, um voo de teste não tripulado de 2022. A espaçonave Orion dessa missão anterior retornou do espaço com o escudo térmico marcado por danos inesperados, o que levou a Nasa a investigar o problema.

E embora a Nasa esteja prestes a liberar o escudo térmico para o voo, mesmo aqueles que acreditam que a missão é segura reconhecem que existem riscos desconhecidos envolvidos.

“Este é um escudo térmico defeituoso”, disse o Dr. Danny Olivas, ex-astronauta da Nasa que fez parte da equipe de revisão independente nomeada pela agência espacial para investigar o incidente. “Não há dúvida: este não é o escudo térmico que a Nasa gostaria de fornecer aos seus astronautas.”

Ainda assim, Olivas disse acreditar que, após anos analisando o que deu errado com o escudo térmico, a Nasa "tem a solução para o problema".

Ao concluir a investigação há cerca de um ano, a Nasa determinou que a cápsula Artemis II Orion voaria sem alterações, acreditando que poderia garantir a segurança da tripulação alterando ligeiramente a trajetória de voo da missão.

Em um comunicado à CNN, a Nasa afirmou que a agência "considerou todos os aspectos" ao tomar essa decisão, observando que também existe "incerteza inerente ao desenvolvimento e à qualificação dos processos de alteração do processo de fabricação dos blocos ablatores Avcoat".

Basicamente, a Nasa afirmou que existe incerteza independentemente do curso de ação que for adotado.

“Na minha opinião, não existe voo que decole sem que haja uma dúvida persistente”, disse Olivas. “Mas a Nasa realmente entende o que tem. Eles sabem da importância do escudo térmico para a segurança da tripulação, e acredito que fizeram um bom trabalho.”

Lakiesha Hawkins, administradora associada adjunta interina da Diretoria de Missões de Desenvolvimento de Sistemas de Exploração da Nasa, fez coro com essa opinião em setembro, afirmando: "Do ponto de vista do risco, estamos muito confiantes".

E Reid Wiseman, o astronauta escolhido para comandar a missão Artemis II, expressou sua confiança.

“Os investigadores descobriram a causa principal, que foi a chave” para compreender e resolver o problema do escudo térmico, disse Wiseman aos jornalistas em julho passado. “Se nos mantivermos na nova trajetória de reentrada que a Nasa planejou, então este escudo térmico poderá voar com segurança.”

Outros não têm tanta certeza.

“O que eles estão planejando fazer é uma loucura”, disse o Dr. Charlie Camarda, especialista em escudos térmicos, cientista pesquisador e ex-astronauta da Nasa.

Camarda — que também foi membro da primeira tripulação do ônibus espacial a ser lançada após o desastre do Columbia em 2003 — está entre um grupo de ex-funcionários da Nasa que não acreditam que a agência espacial deva colocar astronautas a bordo da próxima missão lunar. Ele disse que passou meses tentando, sem sucesso, fazer com que a liderança da agência desse ouvidos aos seus alertas.

“Poderíamos ter resolvido esse problema há muito tempo”, disse Camarda, que trabalhou como cientista pesquisador da Nasa por duas décadas antes de se tornar astronauta, referindo-se à questão do escudo térmico. “Em vez disso, eles continuam adiando a solução.”

Agora, a agência parece estar no caminho certo para dar sinal verde ao lançamento da Artemis II, já que seus líderes procuraram assegurar ao público — e à tripulação — que a missão será segura.

A espaçonave Orion foi levada para sua plataforma de lançamento no topo do foguete Space Launch System (SLS) em 17 de janeiro. E um marco crucial pode estar a poucos dias de distância, quando os líderes do programa Artemis se reunirem para as avaliações finais de risco e a revisão de prontidão de voo, uma reunião na qual a alta cúpula determinará se o foguete e a espaçonave Artemis II estão prontos para decolar com Wiseman, Victor Glover e Christina Koch, da Nasa, e Jeremy Hansen, da Agência Espacial Canadense, a bordo.

Uma mudança de design consequente

Mesmo antes do programa Artemis, a cápsula Orion — uma espaçonave de US$ 20,4 bilhões que a Nasa levou 20 anos para desenvolver — não era exatamente a queridinha da comunidade aeroespacial. O ressentimento em relação ao veículo vinha crescendo em diversos setores da indústria há algum tempo.

Um engenheiro e físico que trabalhou anteriormente no desenvolvimento de tecnologia avançada, mas não diretamente no programa Artemis, ridicularizou a Orion como " lixo em chamas ". Ex-funcionário do Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa, ele criticou o cronograma de desenvolvimento excepcionalmente longo da cápsula e os custos exorbitantes que chegaram a bilhões de dólares.

Lori Garver, ex-administradora adjunta da Nasa durante o governo Obama, lamentou publicamente a politicagem que influenciou o processo de conclusão do veículo.

Mas os problemas da Orion não podem ser atribuídos inteiramente à política, disse o Dr. Ed Pope, especialista em escudos térmicos e ciência dos materiais, fundador da Matech, uma empresa de tecnologia de defesa antimíssil com sede na Califórnia. Pope não participou da investigação da Nasa sobre o escudo térmico.

"Não é uma questão republicana nem democrata", disse Pope à CNN. "É uma questão burocrática."

Segundo Pope, as decisões que levaram aos problemas com o escudo térmico que a Nasa enfrenta hoje começaram no início do processo de desenvolvimento da espaçonave.

Em 2009, os gestores do programa Orion optaram por fabricar o escudo térmico da espaçonave com material Avcoat. Os escudos térmicos fabricados para as cápsulas Apollo da Nasa possuíam uma camada protetora de Avcoat, portanto, os líderes consideraram-no um material bem conhecido, com décadas de dados que comprovavam sua eficácia.

Para um voo de teste não tripulado em 2014, chamado EFT-1, a equipe da missão equipou uma cápsula Orion com um escudo térmico aplicado da mesma maneira que na era Apollo — em uma estrutura complexa semelhante a um favo de mel.

Mas essa abordagem exigia um processo de fabricação tedioso que a Nasa esperava evitar.

“Era muito delicado e seria realmente muito difícil reproduzir isso rapidamente”, disse Pam Melroy, funcionária de longa data da Nasa, ex-astronauta e oficial da Força Aérea que já atuou como administradora adjunta da agência espacial. “Esse foi um dos motivos pelos quais dissemos: 'Vamos simplificar o projeto'. Era tudo uma questão de viabilidade de produção.”

Mesmo antes do lançamento do voo de teste do EFT-1, os gerentes do programa da Nasa já queriam alterar o projeto, segundo Melroy. Embora a Nasa tenha declarado em comunicado que a decisão final foi tomada em 2015.

A Nasa também afirmou que o revestimento Avcoat com estrutura em favo de mel apresentou problemas durante a fabricação para o EFT-1, observando que "rachaduras apareceram nas junções entre as diferentes seções do favo de mel" e que o material não curou uniformemente, sendo mais frágil do que o esperado. Isso o tornou "marginalmente aceitável" para o voo de teste de 2014 e provavelmente inutilizável para uma missão lunar que exige velocidades muito maiores e um processo de reentrada mais violento.

A Textron Systems, empresa texana que produz o Avcoat, declarou à CNN em comunicado que em 2015 "licenciou o material Avcoat para a Lockheed Martin, que tem contrato com a NASA para fabricar os escudos térmicos para o programa Artemis" e encaminhou quaisquer outros comentários à gigante aeroespacial.

Blaine Brown, diretor de Sistemas Mecânicos da espaçonave Orion na Lockheed Martin Space, confirmou em um comunicado à CNN que a estrutura do Avcoat foi alterada "para aumentar a eficiência de fabricação e instalação".

“Apoiamos a decisão da Nasa de realizar a missão Artemis II com seu escudo térmico atual e estamos comprometidos em ver a Orion decolar e retornar em segurança em sua missão histórica à Lua com tripulação a bordo”, disse Brown.

As cápsulas Orion construídas para as missões Artemis abandonaram a estrutura alveolar do Avcoat em favor de um escudo térmico construído com grandes blocos do material.

“Nossa experiência com um projeto em blocos para escudos térmicos em Marte mostrou que os blocos eram mais fáceis de produzir, testar e instalar”, disse Brown.

O primeiro teste em condições reais do novo design do escudo térmico da Orion, no entanto, ocorreu durante o voo de teste Artemis I em 2022. Após essa missão, a Nasa descobriu que pedaços do escudo térmico haviam se desprendido, deixando marcas no material Avcoat carbonizado.

Não é assim que o escudo térmico deve se comportar. A camada Avcoat deve se desgastar de forma controlada à medida que aquece.

A Nasa divulgou o problema meses depois do retorno da Orion do espaço em 2022. O gabinete do inspetor-geral da agência então divulgou imagens do escudo térmico danificado da Artemis I em um relatório de 2024.

Para complicar ainda mais a situação, a essa altura já era tarde demais para consertar o escudo térmico da Artemis II.

A Nasa não substituiu — e não poderia substituir — o escudo térmico da Artemis II por um novo. A cápsula Orion destinada à missão já tinha seu escudo térmico instalado antes mesmo do lançamento da Artemis I, e “não dava para simplesmente ir a uma oficina qualquer para remover escudos térmicos” e substituí-lo, observou Olivas.

A investigação sobre o problema do escudo térmico da Artemis I também concluiu que, embora não houvesse astronautas a bordo do voo de teste, "os dados de voo mostraram que, se houvesse tripulação a bordo, eles estariam seguros".

Questionado sobre a decisão da Nasa de prosseguir com a missão Artemis II sem substituir o escudo térmico, Melroy, que supervisionou a investigação sobre o escudo térmico como administrador adjunto, disse que os "gerentes de programa da Nasa às vezes precisam fazer essas concessões em termos de custo, cronograma e desempenho, e certamente não tomaram essa decisão de forma leviana".

Repensando a reentrada de Orion

Os escudos térmicos produzidos para as futuras missões Artemis serão fabricados com técnicas aprimoradas, revelaram líderes da Nasa em uma coletiva de imprensa em dezembro de 2024 .

Especificamente, a agência planeja alterar o "carregamento do molde de tarugo", essencialmente alterando a quantidade de Avcoat que é carregada em um molde para, em última análise, produzir um escudo mais permeável, disse a Nasa em um comunicado à CNN.

Entretanto, a análise do que deu errado durante o voo de teste de 2022 está a orientar uma nova abordagem para a missão deste ano.

O Avcoat é ablativo, o que significa que o material foi projetado para carbonizar e sofrer erosão de forma controlada à medida que a espaçonave retorna da Lua em alta velocidade e mergulha na densa camada interna da atmosfera terrestre, viajando a mais de 30 vezes a velocidade do som.

Essa fase do voo, chamada de "reentrada", causa uma compressão violenta das moléculas de ar que pode aquecer o exterior da espaçonave a mais de 2.760 graus Celsius (5.000 graus Fahrenheit).

Os engenheiros da Nasa projetaram a espaçonave Orion para uma "reentrada com ricochete" — a cápsula age como uma pedra plana quicando na superfície de um lago calmo, mergulhando brevemente na atmosfera e elevando sua altitude mais uma vez antes da descida final. Essa trajetória especial permite que a Orion atinja um local de pouso preciso na água.

Em 2024, a Nasa optou por adiar duas vezes o cronograma de lançamento da Artemis II, em parte para permitir mais tempo para coletar dados.

O problema, concluiu a Nasa após meses de pesquisa, era que o material Avcoat usado no escudo térmico da Artemis I não era suficientemente permeável. Isso significava que, quando a cápsula Orion entrava na atmosfera, gases se acumulavam no interior do escudo térmico, fazendo com que pedaços do material se desprendessem e rachaduras se formassem.

Nenhum dos especialistas entrevistados pela CNN contesta essa caracterização do motivo pelo qual o escudo térmico do Artemis I não teve o desempenho esperado.

O que está em debate é o quão bem os gestores da missão Artemis da Nasa entendem o problema e exatamente qual o risco que o escudo térmico inadequado representa para os quatro astronautas que devem ser lançados em algumas semanas.

Em setembro, alguns dos líderes do programa Artemis da agência espacial disseram acreditar que o escudo térmico da Orion teria um bom desempenho na Artemis II, apesar de não haver mudanças substanciais em seu projeto.

Na verdade, embora a Nasa agora planeje fabricar escudos térmicos futuros que sejam permeáveis, o escudo térmico da Artemis II é, na realidade, menos permeável do que o construído para a Artemis I.

Olivas observou que cerca de 6% da área da superfície do escudo térmico da Artemis I era permeável e que essa área permeável não sofreu nenhuma rachadura. Mas acrescentou que o escudo térmico da Artemis II não possui áreas permeáveis, observando que essa mudança foi feita antes do voo de teste da Artemis I e antes que a Nasa percebesse que o escudo térmico precisava ser permeável para ter um bom desempenho.

Rick Henfling, diretor de voo da Artemis e responsável pela reentrada, afirmou durante uma coletiva de imprensa em setembro que a trajetória de reentrada da Artemis II foi modificada com o objetivo de evitar as condições que causaram a rachadura no escudo térmico da Artemis I.

“Não vamos usar uma plataforma tão alta, vai ser só um sótão”, disse Henfling.

Segundo Henfling, esse novo caminho de reentrada deverá permitir que o material Avcoat se degrade normalmente.

“Queremos enfatizar que a segurança é nossa principal prioridade”, acrescentou Hawkins, repetindo um mantra antigo da Nasa.

A decisão de usar uma trajetória alterada foi tomada após extensos testes, afirmou a Nasa em comunicado divulgado na sexta-feira. E a trajetória de retorno ajustada foi projetada para criar “um ângulo de descida mais acentuado para reduzir o tempo de exposição no pico de aquecimento, minimizando assim a perda adicional de material carbonizado”.

“Esses testes, análises, simulações e validações de especialistas minuciosos formaram coletivamente a justificativa oficial de voo da Nasas, fornecendo respaldo suficiente para prosseguir sem redesenhar o escudo térmico”, diz o comunicado.

Outros especialistas, no entanto, discordam que alterar a trajetória de voo da Orion seja suficiente para garantir que a tripulação retorne para casa em segurança.

“O motivo pelo qual isso é tão importante é que, quando o escudo térmico começa a se desfazer — ou quando grandes pedaços se soltam —, mesmo que o veículo não seja destruído, ele já está prestes a sofrer uma falha iminente”, disse o Dr. Dan Rasky, especialista em sistemas avançados de reentrada atmosférica e materiais de proteção térmica, que trabalhou na Nasa por mais de 30 anos.

“É como estar à beira de um precipício em um dia de neblina”, disse Rasky.

Rasky, assim como Camarda, não acredita que a Nasa deva permitir que astronautas voem a bordo da cápsula Orion da missão Artemis II.

'Sim, vai rachar'

Mesmo alguns especialistas que acreditam que a missão Artemis II é segura reconhecem que o escudo térmico da Orion provavelmente irá rachar e apresentar sinais de danos em seu retorno da Terra, mesmo com a trajetória modificada.

"O escudo térmico vai rachar? Sim, ele vai rachar", disse Olivas, o astronauta que auxiliou a Nasa na investigação do escudo térmico.

Mas a Orion possui certa "robustez" inerente, afirmou o Dr. Steve Scotti, um distinto pesquisador associado do Centro de Pesquisa Langley da Nasa em Hampton, Virgínia, que atuou como voluntário em uma equipe consultiva envolvida na investigação do escudo térmico da Artemis I.

Segundo Scotti, sob a camada de Avcoat existe uma estrutura composta que, durante os testes, conseguiu resistir brevemente às temperaturas extremas da reentrada. Essa estrutura poderia servir como uma última linha de defesa, caso o material Avcoat se deforme a ponto de expor a parte inferior da espaçonave, o que é improvável, explicou Scotti.

A estrutura composta não foi colocada ali como medida de segurança ou reserva para o escudo térmico — mas, por sorte, ela está lá, disse Scotti.

Olivas enfatizou que a Nasa não espera depender da estrutura composta para garantir a segurança dos astronautas. O material Avcoat ainda deve cumprir essa função, afirmou. Mas a estrutura proporciona uma camada extra de segurança, observou Olivas.

Mesmo que o escudo térmico da Artemis II tenha um desempenho pior do que teve durante a Artemis I, Olivas e Scotti estão confiantes de que os astronautas permanecerão seguros.

“Não tenho grandes receios de que a tripulação esteja em perigo”, disse Scotti à CNN, ecoando os sentimentos de Olivas.

No vídeo, uma amostra do material do escudo térmico da espaçonave Orion passa por testes na Instalação de Jato de Arco Aprimorado por Laser (Laser-Enhanced Arc Jet Facility) do Centro de Pesquisa Ames da Nasa em Mountain View, Califórnia, em abril de 2021.

Mas nem a demonstração de otimismo de Scotti nem a de Olivas vêm sem uma ressalva. Ambos os especialistas reconhecem, como argumenta Camarda, que os engenheiros não têm como prever com exatidão como o escudo térmico irá se comportar.

“Há muito poucos dados disponíveis para realizar uma análise” do escudo térmico, disse Scotti à CNN. “O próprio material se altera a cada 20 segundos, aproximadamente, durante a reentrada”, afirmou, referindo-se à camada Avcoat.