Parker (sonda espacial)

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Parker Solar Probe
Parker Solar Probe.jpg
Renderização artística da sonda.
Propriedades
Fabricante Estados Unidos Applied Physics Laboratory
Massa 555,0 kg
Altura 3 m
Largura 1 m
Comprimento 2,3 m
Geração de energia Painéis solares fotovoltaicos
Massa de carga útil 50,0 kg
Missão
Contratante(s) Estados Unidos United Launch Alliance
Data de lançamento 12 de agosto de 2018
Veículo de lançamento Delta IV Heavy
Local de lançamento Estados Unidos Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, SLC-37
Destino Sol
Especificações orbitais
Referência orbital Heliocêntrica
Inclinação orbital 3,4°
Período orbital 88 dias
Época de 2018 a 2025


A Parker Solar Probe (inicialmente denominada Solar Probe, Solar Probe Plus, ou Solar Probe+[1][2][3]) é uma sonda espacial desenvolvida pela NASA com o objetivo de orbitar o Sol, passando através de sua corona.[1][4][5]

Ao longo de suas órbitas, ela se aproximará gradativamente da estrela até chegar a 8,86 raios solares (cerca de 6,2 milhões de quilômetros) de sua fotosfera.[6] Ao atingir o ápice de sua aproximação solar, esta sonda atingirá velocidade superior a 700.000 km/h, o que lhe tornará no objeto mais veloz já lançado pelo homem.[7]

História[editar | editar código-fonte]

Sonda passando por testes na sede da Astrotech

O projeto foi anunciado no orçamento do ano fiscal norte-americano de 2009. Em 1 de maio de 2008, a Applied Physics Laboratory da Universidade Johns Hopkins foi escolhida para desenhar e construir a sonda, planejada para ser lançada originalmente em 2015.[8][9]

A sonda foi originalmente chamada de Solar Probe Plus. Em maio de 2017 foi decidido renomeá-la como Parker Solar Probe em homenagem ao astrofísico Eugene Parker, autor de diversos estudos envolvendo os ventos solares.[10]

Seu lançamento estava previsto para acontecer em 11 de agosto de 2018; contudo, em decorrência de problemas técnicos, foi adiado para o dia seguinte, tendo seu lançamento se efetivado em 12 de agosto de 2018.[11]

Uma meta científica identificada desde o início da era espacial[editar | editar código-fonte]

A descoberta do vento solar (no início da década de 1960) e as características da coroa solar várias centenas de vezes mais quente que a superfície do Sol (durante a década de 1940) são dois grandes avanços no estudo do Sol e sua influência no sistema solar. Observações feitas a distância da Terra ou por satélites em órbita ou em pontos de Lagrange ainda não permitiram elucidar os processos de aquecimento e aceleração na origem desses fenômenos.[12] Desde o início da era espacial (1958), o escritório de pesquisa espacial do Conselho Nacional de Pesquisa dos EUA (NRC) recomenda o lançamento de uma missão espacial cujo objetivo seria observar esses fenômenos in situ, realizando medições de partículas e campos nas regiões entre o Sol e a órbita do planeta Mercúrio. Por cinco décadas, esta missão faz parte dos objetivos científicos da NASA. O projeto é classificado como prioridade no relatório decenal de 2003 do NRC sobre Sol e Física Espacial e 2013.[13]

Primeiros estudos[editar | editar código-fonte]

Vários projetos de missão de exploração in situ perto do Sol foram estudados pela NASA[nota 1] e pela Agência Espacial Europeia desde o início da era espacial. Primeiro, nos anos 80 e 90, foram feitos planos para enviar uma sonda espacial para o núcleo do Sol. No início dos anos 2000, o projeto Telemachus que permaneceu sem ação[nota 2] é proposto para a NASA e a ESA. A missão planejava voar sobre os pólos do Sol para menos de 0,2 unidades astronômicas usando a gravidade assistida da Terra e dos planetas Vênus e Júpiter. O observatório solar, que é equipado com painéis solares, viaja sua órbita de 0,2 x 2,5 unidades astronômicas em 1,5 anos. Tem instrumentos, de um lado, para obter imagens da coroa solar interna, mas também da fotosfera (superfície do Sol), e do outro lado, de instrumentos de medição in situ de campos e partículas.[14][15]

O projeto Solar Probe de 2005[editar | editar código-fonte]

O mal sucedido projeto Solar Probe de 2005 exigia um enorme escudo térmico cônico para resistir à passagem de 4 raios solares (impressão artística).

No início dos anos 2000, após o início da construção do New Horizons, as regiões próximas ao Sol eram as últimas partes do sistema solar ainda não exploradas pelas sondas espaciais da agência espacial norte-americana. A NASA, em resposta à forte prioridade dada pelo relatório decenal do NRC em 2003, realizou um estudo de viabilidade para um observatório espacial solar em 2004-2005. O projeto, batizado de Solar Probe era fornecido pela gravidade assistida de Júpiter para alterar fortemente a inclinação orbital do observatório espacial em relação ao plano eclíptico e órbita polar cujo periélio passa no pólo do Sol a uma distância de menos de 4 raios solares. Devido ao período de órbita (mais de 4 anos com um afélio perto de Júpiter), a missão permitia apenas dois sobrevôos. O uso de geradores termoelétricos de radioisótopos (RTG) tornou-se necessário pela órbita cujo afélio está localizado longe do Sol.[13][14] Embora considerado tecnicamente viável, o projeto não foi selecionado porque seu custo estimado em US$ 1.1 bilhão não se encaixou no envelope financeiro disponível.[12]

Seleção e desenvolvimento da missão Solar Probe Plus[editar | editar código-fonte]

A NASA decidiu conduzir um novo estudo com uma restrição dupla: produção de energia sem o uso de RTG e limitar o custo de desenvolvimento a 750 milhões de dólares.[12] As características da nova proposta de missão, chamada Solar Probe Plus (ou Solar Probe +), foram fixadas em 2008. Para atender às restrições estabelecidas pela NASA, os projetistas de missões optaram por uma órbita com inclinação orbital próxima ao plano da eclíptica que não requeria mais um sobrevoo de Júpiter, mas usava repetidamente a assistência gravitacional de Vênus. A distância ao periélio foi reduzida de 4 a 10 raios solares, o que permitia aliviar as tensões térmicas. A nova arquitetura cumpria os principais objetivos científicos de prolongar o tempo de observação próximo ao Sol (2.100 horas em vez de 160 horas) graças ao número de órbitas (24), permitindo uma melhor frequência de medições graças a velocidade reduzida ao periélio (195 km/s em vez de 308 km/s). A baixa inclinação orbital tornou impossível a realização de observações in situ das regiões polares do Sol, mas este importante objetivo científico foi amplamente apoiado pela missão Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia, lançada na mesma época. A missão da Parker Solar Probe era de aproximar-se da coroa solar para realizar medições in situ dos fenômenos em funcionamento. No periélio de sua órbita, o observatório solar deveria ser capaz de resistir a uma temperatura de 1400 K (1127 °C) criada por um fluxo solar 500 vezes mais intenso do que o sentido na órbita da Terra.[14]

Montagem da sonda Solar Parker.

O projeto final[editar | editar código-fonte]

Em 2008, a NASA divulgou o orçamento necessário para o desenvolvimento da missão. O projeto foi atribuído ao centro espacial Goddard que, através de seu programa Living With a Star, realizou missões para estudar a influência do Sol na Terra. A agência espacial dos EUA confia ao laboratório de física aplicada no projeto técnico da universidade Johns Hopkins o desenvolvimento do satélite. No final de 2009, eles apresentaram as conclusões de um estudo preliminar sobre as novas tecnologias necessárias para permitir a sobrevivência do observatório espacial próximo ao Sol (escudo térmico, painéis solares e circuito de refrigeração).[14]

No início da década de 2010, a missão Solar Probe foi fundida ao projeto Solar Probe Plus e seus planos redesenhados, de forma a utilizar o empuxo gravitacional de Vênus e não o de Júpiter, como previsto anteriormente.[16]

Desta forma é possível obter uma trajetória mais direta, permitindo a adoção de painéis solares como fonte de energia, uma vez que esta opção proporciona menor afastamento do Sol em relação ao projeto anterior.[16]

Outra vantagem em utilizar o empuxo gravitacional de Vênus ao invés de Saturno está no fato de que os periélios obtidos são ligeiramente mais distantes da superfície do Sol, fazendo com que haja redução dos custos das proteções térmicas dos sensíveis equipamentos eletrônicos embarcados.[6]

Esta etapa foi concluída em março de 2014, após uma análise preliminar do projeto realizada pela NASA dois meses antes. O lançamento da missão em órbita foi então agendado para agosto de 2018.[17]

No início de 2017, o custo de desenvolvimento foi estimado em 1.05 bilhão de dólares e o de estudos preliminares, lançamento e gerenciamento operacional em 530 milhões.[18][19][20]

Em maio de 2017 a NASA rebatizou o projeto, o qual recebeu a denominação Parker Solar Probe , em homenagem ao Dr. Eugene Parker, que especulou em 1958 que um fluxo de partículas energéticas era constantemente emitido pelas estrelas. Posteriormente medido por missões espaciais, o fenômeno foi chamado de vento solar.[21] Foi a primeira vez na história que um projeto da NASA homenageou uma pessoa ainda viva, visto que todos projetos anteriores que receberam nomes de pessoas tratavam-se de homenagens póstumas.[19]

No dia 12 de agosto de 2018, Eugene Parker, então com 91 anos de idade, esteve pessoalmente em Cabo Canaveral na Flórida, para assistir ao lançamento do foguete que levou ao espaço a sonda com seu nome.[22]

Características da missão[editar | editar código-fonte]

Parker Solar Probe passou por intenso período de testes

A Parker Solar Probe será o primeiro equipamento feito pelo homem a voar no interior da corona solar. Ele irá determinar a dinâmica e estrutura do campo magnético solar e determiner de que forma a corona é aquecida e como o vento solar é acelerado e entender quais processos energéticos envolvidos no impulsionamento de suas partículas.[23]

Para chegar até o Sol, a espaçonave usará o impulso gravitacional de Vênus para sucessivamente mudar sua órbita, reduzindo seu periélio em cada uma das múltiplas passagens ao redor do sol, até atingir a aproximação máxima, na qual ficará a aproximadamente 8.5 raios solares de distância da estrela.[23]

O equipamento[editar | editar código-fonte]

A sonda espacial Parker mede 3 metros de altura com 555 kg de peso seco. Seus painéis solares são capazes de prover a geração de 343 Watts de energia.[16]

Para que possa resistir às extremas condições de temperatura que enfrentará ao adentrar na corona solar, esta sonda é protegida por um escudo térmico externo, feito por um sanduíche de camadas de um material chamado carbono-carbono, com aproximadamente 12 centímetros de espessura. Embora volumoso, o material é extremamente leve, de modo a minimizar prejuízos ao desempenho de seu lançamento. Em oposição, o outro lado desse escudo térmico é dotado com um sistema de refrigeração com auxilio de água pressurizada, o qual é capaz de manter os seus sensíveis sistemas eletrônicos a uma temperatura de aproximadamente 30 graus Celsius, evitando que o calor possa prejudicar seu funcionamento.[16][24]

A Parker apresenta avançada tecnologia, sendo a nave mais autônoma que a NASA já produziu. Tal nível de robotização foi necessário, pois o equipamento precisa adotar ações automáticas para manobrar, de modo a posicionar seu escudo térmico para proteger seus instrumentos da radiação solar sem interferência, pois quaisquer sinais de rádio levariam quase 7 minutos para viajar da Terra até as proximidades do Sol e a exposição ao intenso calor causaria a perda da sonda em segundos.[25]

Durante os sete anos estimados para a duração da missão, esta sonda realizará 24 órbitas em torno do Sol, sendo que a cada uma delas aumentará sua aproximação em relação ao astro e coletará dados sobre vento solar, realizará análises da coroa solar e fornecerá imagens da superfície da estrela.[24]

Objetivos das pesquisas[editar | editar código-fonte]

Os resultados das pesquisas empreendidas pela Parker possibilirão aquisição de novos conhecimentos e melhoria do entendimento sobre aspectos importantes relacionados à dinâmica das atividades solares. A missão tem como objetivo principal descobrir o motivo da corona ser muito mais quente que a fotosfera solar e entender de que forma o vento solar se forma e como suas partículas são aceleradas.[16][26]

Dentre as principais motivações para a execução das pesquisas baseadas nos dados coletados pelos instrumentos colocados na sonda, a NASA faz as seguintes considerações:[7][16]

  • O Sol é a única estrela que pode ser investigada de perto. Estudando essa estrela podemos ampliar nosso entendimento sobre os demais astros do universo;[7]
  • O Sol é fonte de energia para a vida na Terra. Quanto mais sabermos sobre seus mecanismos, melhor entenderemos sobre como a vida se desenvolveu;[7]
  • O Sol afeta a Terra de diversas maneiras e é a fonte do vento solar, um fluxo de partículas ionizadas que se deslocam pelo sistema solar, atingindo nosso planeta a velocidades superiores a 500 km/s (1.8 milhões de km/h);[7]
  • Variações no vento solar afetam o campo magnético terrestre;[7]
  • Tempestades solares podem alterar a órbita de satélites artificiais, inutilizar equipamentos eletrônicos e até mesmo causar apagões elétricos na Terra;[7]
  • Para segurança de missões espaciais evolvendo o envio de astronautas a pontos distantes da Terra é necessário melhor entendimento do comportamento do vento solar.[7]
A insígnia da missão

Investigações empreendidas[editar | editar código-fonte]

Para atingir seus objetivos, a missão irá empreender 5 grandes investigações: [26]

Trajetória[editar | editar código-fonte]

A trajetória da espaçonave envolverá sete passagens por Vênus, durante as quais ocorrerá redução na velocidade da sonda, alterando sua órbita de modo que ela se aproxime mais da superfície solar. Ao todo, serão executadas 24 translações ao redor do sol, sendo que nas passagens finais ocorrerão as maiores aproximações em relação à estrela.[7]

Os experimentos ocorrerão ao longo dos sete anos de duração da missão, sendo concentrados nos períodos em que a sonda estiver próxima ao sol. Para minimizar a possibilidade de que os intensos níveis de radiação solar possa danificar os equipamentos eletrônicos, a NASA optou por adotar uma orbita altamente elíptica, de forma a reduzir o tempo em que a Parker ficará próxima ao Sol.[26]

Da mesma forma que quaisquer outros objetos em órbita, devido à ação da força da gravidade, a sonda irá acelerar conforme ruma em direção ao periélio e reduzir a velocidade quando se deslocar em sentido a seu afélio. No momento em que atingir sua aproximação máxima ao Sol, esta espaçonave superará a velocidade de 700 mil quilômetros horários, passando a ser a detentora do recorde de objeto mais rápido já lançado pelo homem.[7][26]

Linha do tempo da missão Parker Solar Probe[editar | editar código-fonte]

Os periélios destacados em amarelo mais intenso indicam os períodos onde a sonda estará em mais próxima ao Sol

Ano Eventos
Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro
2018 Lançamento Primeira passagem por Vênus
(período orbital: 150 dias)
Periélio #1
2019 Periélio #2 Periélio #3 Segunda passagem por Vênus
(período orbital: 130 dias)
2020 Periélio #4 Periélio #5 Periélio #6
Terceira passagem por Vênus
(período orbital: 112,5 dias)
2021 Periélio #7 Periélio #8 Periélio #9 Periélio #10
Quarta passagem por Vênus
(período orbital: 102 dias)
Quinta passagem por Vênus
(período orbital: 96 dias)
2022 Periélio #11 Periélio #12 Periélio #13 Periélio #14
2023 Periélio #15 Periélio #16 Periélio #17 Periélio #18
Sexta passagem por Vênus
(período orbital: 92 dias)
2024 Periélio #19 Periélio #20 Periélio #21 Periélio #22
Primeira passagem próxima ao Sol
Sétima passagem por Vênus
(período orbital: 88 dias)
2025 Periélio #23

Segunda passagem próxima ao Sol

Periélio #24

Terceira passagem próxima ao Sol

Periélio #25

Quarta passagem próxima ao Sol

Periélio #26

Quinta passagem próxima ao Sol

Após a primeira passagem por Vênus a sonda entrará em uma órbita altamente elíptica com período de 150 dias. Na segunda passagem por Vênus o período orbital passará a 130 dias. Os demais encontros com Vênus reduzirão os períodos orbitais sucessivamente, até chegar a 88 dias.[27]



Notas

  1. Oito projetos sucessivos foram estudados na agência espacial norte-americana.
  2. Telêmaco filho de Ulysses por referência à missão américo-européia, Ulysses foi lançada em 1990 para estudar as regiões polares do Sol.

Referências

  1. a b «NASA Plans to Visit the Sun». NASA. Consultado em 13 de junho de 2008. 
  2. Space Times, May/June 2007, page 8.
  3. Clark, Stuart (22 de julho de 2018). «Parker Solar Probe: set the controls for the edge of the sun...». The Guardian 
  4. Chang, Kenneth (31 de maio de 2017). «Newly Named NASA Spacecraft Will Aim Straight for the Sun». New York Times. Consultado em 1 de junho de 2017. 
  5. Applied Physics Laboratory (19 de novembro de 2008). «Feasible Mission Designs for Solar Probe Plus to Launch in 2015, 2016, 2017, or 2018» (PDF). Johns Hopkins University. Consultado em 27 de fevereiro de 2010.. Arquivado do original (.PDF) em 18 de abril de 2016 
  6. a b Tony Phillips (10 de junho de 2010). «NASA Plans to Visit the Sun». NASA. Consultado em 2 de junho de 2017. 
  7. a b c d e f g h i j Garner, Rob (9 de agosto de 2018). «Parker Solar Probe: Humanity's First Visit to a Star». NASA. Consultado em 9 de agosto de 2018. 
  8. M. Buckley (1 de maio de 2008). «NASA Calls on APL to Send a Probe to the Sun». Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Consultado em 5 de maio de 2008. 
  9. Clark, Stuart (22 de julho de 2018). «Parker Solar Probe: set the controls for the edge of the sun...». The Guardian 
  10. Burgess, Matt. «Nasa's mission to Sun renamed after astrophysicist behind solar wind theory». Consultado em 1 de janeiro de 2018. 
  11. «Parker Solar Probe». blogs.nasa.gov (em inglês). Consultado em 11 de agosto de 2018. 
  12. a b c Solar Probe Science and Technology Definition Team, Solar Probe Plus Report of the Science and Technology Definition Team (STDT), NASA, julho de 2008, p. 119
  13. a b N.J. Fox et al., «The Solar Probe Plus Mission: Humanity’s First Visit to Our Star», Space Science Reviews, vol. 204, números 1-4, dezembro de 2016, p. 7–48 (doi:10.1007/s11214-015-0211-6)
  14. a b c d Paolo Ulivi et David M. Harland, Robotic exploration of the solar system: Part 4: the Modern Era 2004-2013, Springer Praxis, 2014, p. 567 (ISBN 978-1-4614-4811-2)
  15. E. Roelof, The Telemachus mission: dynamics of the polar sun and heliosphere, 25 de julho de 2004
  16. a b c d e f «Parker Solar Probe: The first Mission to touch the sun» 
  17. Yanping Guo et al. (maio de 2014) Solar Probe Plus Mission Design Overview and mission profile (pdf) 24th International Symposium on Space Flight Dynamics.
  18. NASA, Fiscl Year 2017 Budget estimates, 2016
  19. a b Chang, Kenneth (10 de agosto de 2018). «NASA's Parker Solar Probe Is Named for Him. 60 Years Ago, No One Believed His Ideas About the Sun. Eugene N. Parker predicted the existence of solar wind in 1958. The NASA spacecraft is the first named for a living person.». The New York Times. Consultado em 12 de agosto de 2018. 
  20. Burgess, Matt (31 de maio de 2017). «Nasa's mission to Sun renamed after astrophysicist behind solar wind theory». Wired. Consultado em 1 de janeiro de 2018. 
  21. Karen Fox, Geoff Brown e Mark Peters, NASA renames Solar Probe mission to honor pioneering physicist Eugene Parker Laboratoire de physique appliquée de l' université Johns-Hopkins, publicado em 31 de maio de 2017 (consultado em 3 de junho de 2017).
  22. Mary von Aue. «Dr. Eugene Parker Reacts to the Launch of His Namesake, the Parker Solar Probe». INVERSE 
  23. a b «Solar Probe Plus: A NASA Mission to Touch the Sun:». Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. 4 de setembro de 2010. Consultado em 30 de setembro de 2010. 
  24. a b Sputinik. «Passo colossal: NASA prepara-se para lançar primeira sonda que 'tocará' o Sol» 
  25. MEIOBIT. «A Parker Solar Probe e a dificuldade de jogar alguma coisa no Sol» 
  26. a b c d e f g h i The Solar Probe Plus Mission: Humanity’s First Visit to Our Star. (PDF). N. J. Fox, M. C. Velli, S. D. Bale, R. Decker, A. Driesman, R. A. Howard, J. C. Kasper, J. Kinnison, M. Kusterer, D. Lario, M. K. Lockwood, D. J. McComas, N. E. Raouafi, A. Szabo. Space Science Reviews. December 2016, Volume 204, Issue 1–4, pp 7–48. doi:10.1007/s11214-015-0211-6
  27. «Solar Probe Plus: The Mission» 
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