Acervo textual da Revista AstroNova
Edição 30 — páginas 1 a 20
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Assuntos identificados: estação, terra, força, gravidade, espacial, módulo, tiangong, forças, zhurong, sistema.
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REVISTA DE DIVULGAÇÃO DE ASTRONOMIA E CIÊNCIAS DA NATUREZA ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL TIANGONG AGENDA DOS LANÇAMENTOS ESPACIAIS ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL Ano 08 - Nº 30 - Junho/2021 ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL TIANGONG AGENDA DOS LANÇAMENTOS ESPACIAIS ATIVIDADES NA ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL TIANGONG UMA NOVA ESTAÇÃO ESPACIAL NA ÓRBITA DA TERRA TIANGONG UMA NOVA ESTAÇÃO ESPACIAL NA ÓRBITA DA TERRA ILRS: ESTAÇÃO LUNAR CIENTÍFICA INTERNACIONAL ILRS: ESTAÇÃO LUNAR CIENTÍFICA INTERNACIONAL O CÉU DE HIPARCO E A TRIGONOMETRIA DOS ASTROS O CÉU DE HIPARCO E A TRIGONOMETRIA DOS ASTROS AS FORÇAS FUNDAMENTAIS DO UNIVERSO AS FORÇAS FUNDAMENTAIS DO UNIVERSO CONSIDERAÇÕES SOBRE GRAVIDADE ARTIFICIALCONSIDERAÇÕES SOBRE GRAVIDADE ARTIFICIAL MICROORGANISMOS E SUAS RELAÇÕES ASTROBIOLÓGICAS COM A LUA EUROPA MICROORGANISMOS E SUAS RELAÇÕES ASTROBIOLÓGICAS COM A LUA EUROPA ZHURONG, UM JIPE ROBÓTICO COM CARACTERÍSTICAS ÚNICAS ZHURONG, UM JIPE ROBÓTICO COM CARACTERÍSTICAS ÚNICAS QUANDO OS MUNDOS ERAM JOVENSQUANDO OS MUNDOS ERAM JOVENS
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Conselho editorial: Maico A. Zorzan [email protected] Rafael Cândido Jr. [email protected] Wilson Guerra [email protected] Redatores desta edição: Aline Bruck Camila Vieira Maico Zorzan Rafael Cândido Jr. Wilson Guerra Arte e Diagramação: Wilson Guerra Astrofotos: Bruno Bonicontro Carlos Aparecido Domingues Fernando Oliveira de Menezes E chegamos à edição nº 30 da Revista Astronova. Quando iniciamos, era apenas a revista; hoje estamos presentes em outras mídias. Agora temos um site próprio, uma live semanal (Astronova Responde), acompanhamento de alguns lançamentos de foguetes (Nova Rocket) e um canal de podcast (Nova Cast). E, como dizemos nestas novas mídias, apresentamos a Ciência com humor mas sem perder o rigor. Entretanto, sabemos que o momento histórico que vivemos não é dos melhores. Estamos em um tempo onde a negação do pensamento científico e obscurantismos chegam a esferas governamentais, seguido de cortes de verbas nas pesquisas e o sucateamento da ciência nacional se aprofunda. Mas mesmo sob esta sombria tormenta seguimos firmes na divulgação científica, movidos principalmente pela esperança. Das notícias atuais sobre realizações espaciais, vemos que o mundo e o espaço, estão se tornando cada vez mais multipolar. Desde a última edição, tivemos as seguintes realizações: um novo jipe na superfície de Marte (Zhurong), uma nova estação espacial (Tiangong) e a apresentação do projeto conjunto da Estação Lunar Científica Internacional (ILRS), a ser realizada pela Rússia e pela China, e que a Agência Espacial Europeia se interessou em participar. Nesta edição, Wilson Guerra nos detalha esses três recentes projetos. Eu apresento o artigo sobre as forças fundamentais do Universo e uma tradução direto da fonte, sobre a gravidade artificial. Maico Zorzan nos apresenta a trigonometria aplicada à Astronomia e à figura histórica de Hiparco. A licencianda em Física Aline Bruck nos apresenta sobre os mundos quando estes eram jovens e a bacharelanda em Biologia, Camila Vieira, escreve sobre microrganismos e suas possibilidades em Astrobiologia. Começamos com a agenda de lançamentos espaciais e um resumo das atividades nas estações espaciais Internacional e Tiangong. Por fim, usem máscara e, quando conseguirem, tomem a vacina que estiver disponível. Boa leitura! Rafael Cândido Jr. Arcturus AstroNova . N.30 . 2021 EXPEDIENTE EDITORIAL Capa: Nebulosa do Camarão Astrofoto: Bruno Bonicontro Rafael Cândido Jr. Arcturus Rafael Cândido Jr. Arcturus Rafael Cândido Jr. Arcturus Rafael Cândido Jr. Arcturus Redes sociais Facebook/Instragram: Wilson Guerra Podcast: Mateus Leal Castanheira Twitter/Youtube: Adriane Casteleira Website: Maico Zorzan
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SUMÁRIO MICROORGANISMOS QUIMIOTRÓFICOS REDUTORAS DE SULFATO E SUAS RELAÇÕES ASTROBIOLÓGICAS COM A LUA EUROPA 08 15 21 Ano 8 | Edição nº 30 | 2021 11 CONSIDERAÇÕE SOBRE GRAVIDADE ARTIFICIAL 27 QUANDO OS MUNDOS ERAM JOVENS O CÉU DE HIPARCO E A TRIGONOMETRIA DOS ASTROS AS FORÇAS FUNDAMENTAIS DO UNIVERSO 35 ZHURONG: UM JIPE ROBÓTICO COM CARACTERÍSTICAS ÚNICAS 41 UMA NOVA ESTAÇÃO ESPACIAL NA ÓRBITA DA TERRA: TIANGONG 48 ILRS: ESTAÇÃO LUNAR CIENTÍFICA INTERNACIONAL
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PRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTREPRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTRE Foguete: New Shepard (Blue Origin) Cápsula turística suborbital, com tripulação Local: Ranch Spaceport (Texas) Data: 20/07/2021 Foguete: Antares (Northrop Grumman) Carga: nave cargueira Cygnus, com mantimentos para a ISS Local: Wallops Island Data: 01/082021 Foguete: Atlas 5 (ULA) Carga: segundo teste com cápsula Starliner (Boeing) Local: Cabo Canaveral Data: 30/07/2021 Foguete: Soyuz (POCKOCMOC) Carga: nave cargueira Progress com mantimentos para ISS Local: Cosmódromo de Baikonur Data: 29/06/2021 Foguete: Soyuz (POCKOCMOC) Carga: OneWeb-8, 36 satélites de telecomunicação e internet Local: Cosmódromo de Vostochny Data: 01/07/2021 Foguete: Proton-M (POCKOCMOC) Carga: Naúka, novo módulo de pesquisas para a ISS Local: Cosmódromo de Baikonur Data: 15/07/2021 Foguete: Soyuz (POCKOCMOC) telecomunicação e internet Local: Cosmódromo de Vostochny Data: 02/08/2021 Carga: OneWeb-9, 36 satélites de Foguete: Falcon9 (SpaceX) Carga: Transporter-2, conjunto de micro e nanossatélites Local: Cabo Canaveral Data: 25/06/2021 EUAEUA RÚSSIARÚSSIA
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Foguete: Ariane 5 (Ariane Space) Carga: Star One D2, satélite de comunicação quântica Local: espaçoporto de Kourou Data: 07/2021 PRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTREPRINCIPAIS LANÇAMENTOS DO TRIMESTRE Foguete: Vega C (ELV) Carga: Pleiades Neo 4 satélite de observação da Terra Local: espaçoporto de Kourou Data: 07/2021 Foguete: Longa Marcha 7 estação espacial Tiangong Local: Base de Wenchang Data: 09/2020 Carga: Tianzhou 3, nave cargueira à CHINACHINA Foguete:SSLV (Isro) Carga: Risat-1A, satélite de observação da Terra Local: base de Satish Dhawan Data: 06/2021 Foguete: GSLV-II (Isro) Carga: Gisat-1, sat. geoestacionário para sensoriamento remoto Local: base de Satish Dhawan Data: 06/2021 ÍNDIAÍNDIA EUROPAEUROPA
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Principais atividades - dezembro/2020 a fevereiro/2021Principais atividades - dezembro/2020 a fevereiro/2021 Tripulação atualTripulação atual ESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONALESTAÇÃO ESPACIAL INTERNACIONAL Soyuz MS-19: Roscosmos (05/10/2021)Soyuz MS-19: Roscosmos (05/10/2021) Crew-3: SpaceX (23/10/2021)Crew-3: SpaceX (23/10/2021) Próximas ExpediçõesPróximas Expedições Cosmonautas Dubrov e Novitsky realizaram atividade extraveicular para retirada do módulo Pirs, onde será acoplado em julho o novo laboratório Naúka. Cosmonautas Dubrov e Novitsky realizaram atividade extraveicular para retirada do módulo Pirs, onde será acoplado em julho o novo laboratório Naúka. Astronauta Thomas Pasquet (ESA) realiza estudos sobre feitos da microgravidade nos músculos Astronauta Thomas Pasquet (ESA) realiza estudos sobre feitos da microgravidade nos músculos Astronautas Thomas Pasquet (ESA) e Shane Kimbrough (Nasa) realizaram atividade extraveicular para instalação de primeiro bloco de painéis solares complementares. Astronautas Thomas Pasquet (ESA) e Shane Kimbrough (Nasa) realizaram atividade extraveicular para instalação de primeiro bloco de painéis solares complementares.
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Estação Espacial Tiangong (módulo TianHe)Estação Espacial Tiangong (módulo TianHe) Principais atividades - abril a junho/2021Principais atividades - abril a junho/2021 Tripulação atual - Expedição 01Tripulação atual - Expedição 01 Foguete Longa Marcha 2F Y12 com a nave Shenzhou-12 e seus 3 tripulantes (16/06). Foguete Longa Marcha 2F Y12 com a nave Shenzhou-12 e seus 3 tripulantes (16/06). Nave cargueira Tianzhou-2 realizar acoplamento autônomo depois de 8 horas de vôo. Nave cargueira Tianzhou-2 realizar acoplamento autônomo depois de 8 horas de vôo. Nave tripulada Shenzhou-12 realizar acoplamento autônomo depois de 6,5 horas de vôo. Nave tripulada Shenzhou-12 realizar acoplamento autônomo depois de 6,5 horas de vôo. Lançamento do foguete Longa Marcha 7 com da nave cargueira Tianzhou-2 (29/05). Lançamento do foguete Longa Marcha 7 com da nave cargueira Tianzhou-2 (29/05). Expedição 02 (outubro/2021) Lançamento do foguete Longa Marcha 5B com o módulo central TianHe (29/04). Lançamento do foguete Longa Marcha 5B com o módulo central TianHe (29/04).
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08 Camila Vieira [email protected] Seres quimiotróficos são microrganismos que usam energia química ao invés de luminosa para crescerem logo, são capazes de habitar ambientes pouco iluminados como o fundo oceânico. Entre os quimiotróficos encontramos as bactérias redutoras de sulfato (BRS), que são anaeróbias e utilizam o sulfato como aceptor final na cadeia de elétrons e fontes variáveis de carbono a depender do ambiente em que se encontram. Tais ambientes podem ser os mais diversos sendo muitos deles considerados extremos, ou seja, inóspitos para grande parte dos outros seres vivos. Organismos redutores de enxofre, arqueias e bactérias ocupam posições basais na árvore filogenética da vida na Terra e são uns dos primeiros que já apresentavam as características atuais nos tempos mais remotos. Desse modo as BRS já se desenvolviam em ambiente extremo pois a Terra passou por muitas adversidades desde o surgimento desses microrganismos, sendo possível encontrar exemplos dessas bactérias em diferentes classes de extremófilos. Dentre essas classes temos os psicrófilos que são microrganismos que habitam ambientes frios com temperaturas de crescimento variando de abaixo de 0°C a 20°C a depender do organismo, exemplos de BRS que habitam esses locais são ASTROBIOLOGIA MICROORGANISMOS QUIMIOTRÓFICOS REDUTORAS DE SULFATO E SUAS RELAÇÕES ASTROBIOLÓGICAS COM A LUA EUROPA MICROORGANISMOS QUIMIOTRÓFICOS REDUTORAS DE SULFATO E SUAS RELAÇÕES ASTROBIOLÓGICAS COM A LUA EUROPA MICROORGANISMOS QUIMIOTRÓFICOS REDUTORAS DE SULFATO E SUAS RELAÇÕES ASTROBIOLÓGICAS COM A LUA EUROPA MICROORGANISMOS QUIMIOTRÓFICOS REDUTORAS DE SULFATO E SUAS RELAÇÕES ASTROBIOLÓGICAS COM A LUA EUROPA
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Desulfofrigus oceanense e Desulfotalea psychrophila. Já os mesófilos habitam ambientes amenos e possuem uma temperatura ótima de crescimento variando de 20°C a 40°C e muitas BRS pertencem a esse grupo. Os microrganismos que crescem em temperaturas altas entre 45°C e 80°C são chamados termófilos e têm como representantes as bactérias redutoras de sulfato Desulfotomaculum geothermicum, Desulfotomaculum thermocisternum, Thermodesulfobacterium commune, Thermodesulfovibrio yellowstonii dentre outras. Em temperaturas mais altas ainda crescem os hipertermófilos que são representados principalmente pelas arqueias mas que também engloba bactérias e em alguns modelos para a origem da vida são tidos como os primeiros microrganismos que habitaram nosso planeta. Um exemplo é a arqueia redutora de sulfato Archaeoglobus fulgidus. Também são microrganismos extremos os que habitam locais com pHs altos demais ou baixos demais, alcalifílicos e acidófilos respectivamente, e os halófilos que vivem em elevadas concentrações de cloreto de sódio. Quimiotróficos são considerados organismos que poderiam habitar o satélite de júpiter Europa, isso porque essa lua tem fortes indícios de possuir um oceano salino abaixo da camada de gelo que a recobre e atividade geológica que pode ser evidenciada pela superfície com poucas crateras de impacto, indicando criovulcanismo, e por ejeções de vapor de água observadas em sua atmosfera. Tais observações levam a possibilidade de haver fontes hidrotermais no fundo do oceano subterrâneo, essas fontes aqui na Terra são ricas em nutrientes e compostos de enxofre abrigando inclusive BRS que também devem estar presentes no gradiente térmico criado por erupções na água. Outro fator importante envolvendo habitabilidade em Europa, principalmente para BRS, é o fato da sonda Galileo ter encontrado manchas de enxofre nessa lua. A procura por biomarcas de BRS fora da Terra ou até mesmo na Terra em tempos remotos é marcada pela dificuldade de se diferenciar a redução de sulfato feita por bactérias ou abioticamente por redução 09 AstroNova . N.30 . 2021 Desulfotalea psychrophila, um psicrófilo. Archaeoglobus fulgidus, um exemplo de arquéia redutora.
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10 AstroNova . N.30 . 2021 termoquímica (TRS). Um dos caminhos é o fracionamento de isótopos de enxofre, os isótopos são elementos químicos com o mesmo número atômico mas massa diferente devido a quantidade diferente de nêutrons. Fracionamento isotópico é o enriquecimento ou empobrecimento do isótopo pesado em uma amostra, o enxofre possui dois isótopos 32 estáveis o S (leve e mais 34 abundante) e o S (pesado). 34 O delta S está relacionado a 3432 razão isotópica de S/S comparada com o meteorito Canyon Diablo, que é composto por triolita (FeS) e por isso chamado CDT, quando corresponde ao valor do meteorito o delta é muito próximo de zero. De fato na Terra o valor de delta é perto de zero e o mesmo se espera para Europa pois uma hipótese global bem aceita é a de que o delta é sempre próximo de zero quando em temperatura compatível com a redução inorgânica do sulfato, em temperaturas maiores que 100 °C pouco sulfato é reduzido abioticamente. Geralmente o fracionamento inicial em que há um delta maior que - 20 partes por mil é realizado por BRS e quando o delta é menor que - 20 partes por mil é feito por TRS. Contudo nem sempre isso ocorre, mostrando que a busca por vida no sistema solar baseada em fracionamento isotópico necessitará de mais tecnologias. Além de Enxofre, a sonda Galileo encontrou carbonato de sódio na superfície de Europa, o carbono desse sal poderia oferecer informações sobre o ciclo do carbono se também avaliado isotopicamente. O carbono possui dois isótopos estáveis 12 13 13 o C e o C e o delta C possui como padrão um fóssil marinho do cretáceo pertencente a formação PeeDee na Carolina do Sul, ou seja quando delta é muito próximo de zero é porque corresponde ao padrão de belemnite PeeDee (PDB). Na Terra valores de delta acima de -30 correspondem a atividade biológica de BRS porém fora do nosso planeta sem a certeza de que há vida, valores negativos maiores que -30 não necessariamente indicam biogênese. Mas ainda sim o fracionamento isotópico do carbono pode oferecer informações importantes sobre o estado redox do oceano de Europa e também temos conhecimento que para redução termoquímica do sulfato (TSR) o delta para o metano varia de -46 a -35. Visto isso podemos observar a grande relevância das BRS nos estudos astrobiológicos especialmente em mundos com possíveis oceanos subterrâneos como Europa. Também é notória a necessidade de novas missões a este satélite com tecnologias que permitam a análise isotópica do enxofre e carbono como o espectrômetro de massa, além de novas tecnologias que garantam a eficiência desta análise. Camila Vieira é graduanda em Ciências Biológicas pela UFV Referências: Seckbach, J., & Chela-Flores, J. (2007, October). Extremophiles and chemotrophs as contributors to astrobiological signatures on Europa: a review of biomarkers of sulfate- reducers and other microorganisms. In Instruments, Methods, and Missions for Astrobiology X (Vol. 6694, p. 66940W). International Society for Optics and Photonics. Fóssil de uma formação Peedee.
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11 SISTEMA SOLAR QUANDO OS MUNDOS ERAM JOVENS Aline Bruck [email protected] De todos os mistérios que existem no universo, a origem de tudo ainda é bastante questionada e gera muitos debates. Muitas das estruturas que compõem o cosmo hoje em dia, como galáxias e estrelas, por exemplo, quase não emitem nenhuma radiação detectável quando começam a se formar. Isso deixa um espaço de tempo muito grande, sem ter informação precisa acerca da formação do universo, é chamado de idade das trevas. A origem dos planetas também é investigada e ganhou um impulso positivo nas últimas décadas, com a descoberta de exoplanetas. Até o século XX a pesquisa sobre a origem dos planetas, era voltada apenas para o Sistema Solar. Como os planetas, esses corpos astronomicamente pequenos, densos e escuros se formaram junto com sua estrela, ainda é um mistério, pois os planetas extrassolares se movem em órbitas diferentes dos planetas do Sistema Solar, o que dificulta o estudo sobre a formação desses corpos. Um especialista da Universidade de Princeton, Scott Tremaine, se coloca cético em relação à descoberta da origem de formação planetária e duvida também, das previsões teóricas das propriedades dos exoplanetas descobertos. Immanuel Kant aparece nesse contexto com a hipótese nebular, que propõe que os planetas foram formados a partir de blocos de poeira e gás que se condensam ao redor da estrela em formação. Durante a primeira metade do século XX, a hipótese que vigorava era a de James Jeans, que acreditava que os planetas começavam a se formar quando duas estrelas se aproximavam e as forças gravitacionais de ambas, atraiam gases das estrelas, o qual se condensam para formar planetas. Eventos que ocorrem a aproximação
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12 de estrelas em uma galáxia são muito raros, isso deixaria os sistemas planetários muito raros. Ao calcular que o gás de uma estrela quando retirado, evapora e não condensa, a hipótese de Kant foi novamente retomada. As nuvens de gases e poeiras gigantes podem formar milhares de estrelas e um exemplo que temos mais próximo do Sistema Solar é a nebulosa de Órion, que é um enorme berçário de estrelas. A emissão de fótons pelas estrelas formadas empurra a poeira a sua volta. Telescópios que detectam sinais de rádio são usados para mapear essas poeiras frias, que são denominadas assim, quando milhares de átomos se unem. Estrelas jovens possuem discos de matéria que as circundam, com dimensões semelhantes às que temos no Sistema Solar. O processo de formação dessas poeiras cósmicas é um ótimo caminho para quem busca o entendimento da formação planetária. A região mais provável de formação dessa poeira é nas atmosferas externas das estrelas. Cálculos que estimam a estrutura interna dos planetas e suas massas apontam para substâncias mais densas no núcleo, inclusive nos planetas gasosos, como Júpiter e Saturno, por exemplo. Entender como formou o núcleo planetário é essencial para desvendar o mistério de sua formação e evolução, pois foi a partir dele, que as outras substâncias foram atraídas e unidas para formar esses corpos celestes. Como isso acontece ainda não se sabe, mas astrônomos indicam que um corpo, quando tem dimensão de aproximadamente 800 metros, é chamado de planetesimal. Esses corpos conseguem pela força da gravidade, atrair outros objetos, até que vão aumentando de tamanho, cada vez mais, até formarem mundos como Terra, Vênus e Marte, por exemplo, que seguram uma fina camada de gases atmosféricos ou seguram um grande revestimento de gases como hidrogênio e hélio, como nos planetas mais afastados do Sol. Existem programas computacionais que realizam essa simulação e funcionam bem. Quase sempre nas simulações, são formados planetas rochosos e menores, próximo a estrela e planetas grandes e gasosos, AstroNova . N.30 . 2021
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1313 mais afastados da estrela principal. A poeira cósmica é formada de partículas muito pequenas e com isso, sabe-se que apenas a gravidade não é suficiente para formar planetesimais, pois essa força não consegue as manter realmente unidas. Um modelo propõe essa formação por meio de acreção, onde as partículas colidem e se unem. Uma das coisas que ainda está em aberto é a questão do tempo em que foram formados esses planetesimais, que posteriormente evoluíram em planetas. Outro mecanismo indica que essa aglutinação de matéria, pode ter formado por interferência de algum fenômeno externo como a passagem de um vórtice gigante pela região. A nuvem de gás e poeira em contração forma a estrela no centro e uma nuvem de material que a circunda. Esse material ao redor da estrela vai se achatando e formando regiões mais e menos densas. Alguma instabilidade ondulatória que alterna nessa diferença de densidade, pode formar vórtices giratórios que varrem e reduz a poeira. Asteroides e cometas mostram por sua dimensão e composição, que os planetas podem ser formados dos planetesimais. Os planetas rochosos, assim como suas luas podem ter se formado pelo choque desses corpos menores. No cinturão de asteroide, entre Marte e Júpiter, a forte interação do campo gravitacional explica as dimensões que eles adquiriram após sua formação. As luas que orbitam os planetas, podem ter se formado também por choque entre pequenos corpos. As maiores luas orbitam seus planetas na mesma direção e quase no mesmo plano. Casos como as luas de Marte, Fobos e Deimos, podem ser analisados como um estágio primitivo do crescimento de corpos a partir de fenômenos planetesimais. Essas luas podem ter sido capturadas do cinturão de asteroide pela força da gravidade. A missão Apollo, realizada pela Nasa, trouxe material lunar e essas amostras revelaram que a lua tem composição em partes semelhantes com a da Terra e em partes bem distintas, sugerindo que sua formação pode ter sido em partes externas à formação da Terra. Acredita se que ela tenha se formado a partir do choque de um protoplaneta em formação com a Terra que também se formava. De um modo geral, o que tudo indica na formação do Sistema Solar é que ele veio de uma enorme variação de colisões até atingir uma certa estabilidade que perdura por 4 bilhões de anos, como vemos hoje em dia. Aline Bruck é acadêmica de Licenciatura em Física pelo IFRJ. Orientação: Bruno Nascimento-Dias Referências: Tyson, N. D. (2015). Origens. Editora Planeta do Brasil. AstroNova . N.30 . 2021
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1315 Fonte: Zhang, Haung, Wang, Huo; 2019 ASTRONÁUTICA CONSIDERAÇÕES SOBRE GRAVIDADE ARTIFICIAL CONSIDERAÇÕES SOBRE GRAVIDADE ARTIFICIAL Agência Espacial da Rússia www.roscosmos.ru A gravidade artificial é um tema recorrente na ficção científica. Mas há muito tempo este assunto foi além de livros e filmes, tornando- se uma tarefa prática para cientistas. As tecnologias que criam o efeito da gravidade são desenvolvidas e estudadas no Instituto de Problemas Biomédicos (IBMP) da Academia Russa de Ciências com interesse voltado aos próximos voos espaciais para além da Lua. Para voar para Marte Por que criar gravidade artificial? Até o momento as tripulações da Estação Espacial Internacional utilizam os meios usuais de prevenção para enfrentar a influência da gravidade zero. A força gravitacional da Terra atua sobre todo o corpo da pessoa, porém, em condições de gravidade zero, esse efeito está ausente, o que causa muitos problemas de saúde. Como os músculos e as articulações podem ser mantidos em boa forma através de exercícios físicos, o mesmo não ocorre com os órgãos internos. Para que um vôo a Marte, por exemplo, não represente um risco excessivo à saúde, é necessário desenvolver um dispositivo que crie gravidade artificial em uma espaçonave. A força da gravidade pode ser simulada a partir da força centrípeta, que ocorre devido à rotação uniforme de um objeto ou parte dele. O pai da cosmonáutica russa Konstantin Tsiolkovsky foi o primeiro a sugerir a ideia de criar uma força de gravidade artificial pela força centrípeta através de seus livros “Sonhos da Terra e o Céu” (1895) e “Fora da Terra” (1920). A ideia proposta pelo cientista era construir uma estação espacial toroidal (toro é uma figura geométrica em forma de câmara de pneu ou boia salva-vidas), semelhante a uma roda de bicicleta. Ao
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16 AstroNova . N.30 . 2021 girar esta roda em torno do seu eixo no espaço, a inércia e a força centrípeta criam uma espécie de gravidade artificial, que pressiona os objetos contra a superfície externa. Isso permitirá que humanos possam caminhar pelo chão da estação como se caminhassem na Terra, ao invés de flutuar como ocorre na ISS. No entanto, este método apresenta muitos problemas que ainda não foram resolvidos. Quando a cabeça está girando Experimentos realizados no IBMP desde 1960 mostraram que o movimento de uma pessoa em um ambiente rotativo leva inevitavelmente ao aparecimento de um problema denominado cinetose no aparelho vestibular. Quanto mais alta a velocidade de rotação, mais forte é o efeito no aparelho vestibular. Ao longo dos anos, foi estudado o efeito sobre o corpo humano submetido a uma longa permanência (até um mês) em sistemas rotativos. O primeiro sistema criado para este estudo foi a câmara MVK-1. Ela tinha uma cabine cilíndrica com um eixo de rotação passando pelo centro do piso. O acionamento de instalação proporcionou rotação uniforme com velocidade angular de 0,9 a 6 rpm, ocupando uma área de cerca de 3 m2 para dois ocupantes sentados. A duração da permanência contínua neste sistema foi limitada a uma semana. Nos anos posteriores, foram construídas novas câmaras de teste. A Orbita foi montada em uma centrífuga com 20 m de braço. Em 1989 foi construída a câmara Júpiter-2, onde foram simuladas as condições de habitabilidade de uma estação espacial. Esta instalação é um cilindro metálico com diâmetro de 4,6 m e altura de 2,2 m; o eixo de rotação passa pelo centro da cabine e a velocidade de rotação varia de 1 a 15 rpm. Conforme citado por Oleg Orlov, diretor do IBMP e acadêmico da Academia Russa de Ciências: “O Júpiter-2 é praticamente uma sala girando lentamente. Com uma rotação de 6 rpm, as pessoas se adaptavam à rotação por várias horas e passavam vários dias com relativo sucesso. Com rotação de 9 rpm, já era necessário o uso de remédios para que as pessoas não tivessem enjôos, porém isso não garantia que as pessoas não apresentassem esses sintomas. Raramente alguém conseguiu suportar uma rotação maior que 12 rpm. Para manter a aceleração da gravidade próximo às condições da Terra em baixa rotação, é necessário aumentar o raio de rotação. O resultado são grandes estruturas dinâmicas, cuja criação O estudioso russo Konstantin Tsiolkovsky e um esboço de uma estação espacial rotativa com "gravidade artificial”
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17 AstroNova . N.30 . 2021 neste momento é tecnicamente difícil.” Atualmente, o sistema Júpiter-2 foi doado ao Museu Estatal de História da Cosmonáutica Tsiolkovsky na cidade de Kaluga, onde fará parte de uma nova exposição a ser inaugurada para o 60º aniversário do voo de Yuri Gagarin. Hoje o IBMP desenvolve uma outra concepção de testes, o uso de uma centrífuga de raio curto a bordo de uma estação orbital para criar realizar testes de curto prazo, mas periodicamente repetidos. Terapia gravitacional Na URSS, a primeira centrífuga terrestre de raio curto foi desenvolvida em 1978, com um braço de 2 m de comprimento e criando uma sobrecarga de 4g ao nível dos pés. Na extremidade dos pés havia uma bicicleta ergométrica para treinamento físico durante a rotação. Havia também um conjunto de equipamentos para monitoramento médico da pessoa submetia a teste. Como resultado das pesquisas, foi resolvida a questão da direção da ação das sobrecargas durante a rotação em uma centrífuga de raio curto em gravidade zero, ou seja, a direção deve ser ao longo do eixo longitudinal do corpo, ou seja, da cabeça aos pés. Somente este vetor de ação das sobrecargas cria uma pressão arterial hidrostática, semelhante à experimentada por uma pessoa em pé na Terra, e desaparece na gravidade zero. Nos estudos de modelos foi comprovada a possibilidade fundamental do uso efetivo da gravidade artificial para fins preventivos. “A eficiência da rotação da centrífuga para prevenir o efeito negativo da gravidade zero foi confirmada em objetos biológicos durante um voo espacial real sob o programa BION em 1977.”, observou Oleg Orlov. “No entanto, novas pesquisas neste sentido foram interrompidas, uma vez que se acreditava que para estações espaciais a criação de gravidade artificial é algo redundante. A documentação desse sistema foi transferida para a cidade de Samara, onde posteriormente foram criadas várias centrífugas clínicas. Foi assim que surgiu um novo método clínico, a terapia gravitacional.” O problema da gravidade artificial usando uma centrífuga de raio curto já voltou aos nossos dias em conexão com o tema dos voos interplanetários promissores. A moderna bancada de laboratório da centrífuga foi criada na RSC Energia por encomenda dos especialistas do IBMP, absorvendo tanto a experiência nacional russa quanto à prática de agências estrangeiras (existem centrífugas de raio curto na Alemanha, EUA, Japão, França e China). Em 2014, os primeiros ensaios médicos foram
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18 AstroNova . N.30 . 2021 realizados em uma centrífuga IBMP de nova geração com a participação de quatro homens com idades entre 30 e 34 anos, com sobrecargas na direção cabeça-pelve de até 1,5 a 2g. Após os testes, foi realizada uma modernização quase completa da bancada de testes. Parecendo que está no chão “Com as modificações, a cabine ficou fechada, mais funcional e confortável para as pessoas em termos de estímulos optocinéticos externos. Os efeitos de aceleração e desaceleração da cabine também são minimizados. A centrífuga funciona tão suavemente que uma pessoa na cabine fechada nem percebe a rotação. A alteração da geometria da cabine, de uma posição deitada para a posição sentada é feita no console do sistema ou pelo próprio sujeito em teste. O uso de um design especial permite a rotação em uma posição semi-sentada, o que facilita significativamente a tolerância da pessoa às forças g longitudinais quando o impacto é direcionado da cabeça para as pernas. Mudar a postura pode reduzir significativamente o raio da centrífuga, o que é importante no desenvolvimento de sua versão de bordo, onde o módulo pode ter dimensões de raio limitadas.”, disse Milena Koloteva, chefe do laboratório do IBMP. A centrífuga de nova geração foi colocada em operação em 2015, mas continua sendo aprimorada. Por exemplo, está em desenvolvimento a criação de elementos de realidade virtual em uma cabine fechada, ou seja, a pessoa não apenas sentira “um peso nas pernas”, mas também será capaz de ver imagens da superfície do planeta. Os testes com homens na nova centrífuga de raio curto foram realizados entre 2014 e 2019. Em 2019, três pessoas foram periodicamente giradas em centrífuga de raio curto. No ano passado, foi feita uma interrupção forçada devido à pandemia de coronavírus, mas em 2021 a série de experimentos continuará. Um estudo semelhante está sendo planejado com mais dois testadores. As mulheres há muito tempo são membros das tripulações da ISS e também participarão de futuras
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19 AstroNova . N.30 . 2021 missões espaciais interplanetárias; portanto, elas também são submetidas a testes de gravidade artificial. Pela primeira vez, seis mulheres voluntárias participaram de estudos em uma centrífuga de raio curto como parte dos experimentos para a missão Luna-2015. Os resultados da rotação nos modos de teste confirmaram a capacidade de suportar sobrecargas de modo favorável. Mas há características das reações do corpo feminino que não permitem extrapolar totalmente os resultados do grupo masculino para as mulheres. “No futuro, será possível que as mulheres participem não apenas da série controle, onde giraram em uma centrífuga de raio curto, mas também da imponderabilidade simulada por meio da hipocinesia anti-ortostática (ANOH). É necessário selecionar esse modelo de ausência de peso, onde grupos de homens e mulheres pudessem participar simultaneamente.”, diz Milena Koloteva. “Em seguida, comparam-se os resultados, verificando quem retém o efeito “gravitacional” por mais tempo, quais os critérios de tolerância. Este é um grande trabalho à parte.” Módulo de gravidade A pesquisa e o desenvolvimento experimental da tecnologia de módulos transformáveis (infláveis) com a colocação de uma centrífuga de raio curto a bordo foram realizados na RSC Energia entre 2012 e 2015. Como resultado, os materiais foram selecionados e certificados. A análise mostrou a possibilidade fundamental de se criar um módulo inflável de média com uma centrífuga de raio curto. Esse módulo é lançado dobrado e deve girar após o encaixa na estação. Um módulo inflável semelhante, denominado BEAM, foi testado por vários anos como parte do segmento americano da ISS. “A questão de quando este módulo será criado está em aberto.”, enfatizou Oleg Orlov, “Muito provavelmente, pode ser visto na configuração da nova estação espacial russa. Na fase de criação de um mock-up de uma versão a bordo de uma centrífuga de raio curto, juntamente com a equipe da RSC Energia, temos que trabalhar os requisitos médicos e técnicos e resolver questões não apenas das dimensões do produto para o módulo projetado, ergonomia de operação, mas também uma série de outros: por exemplo, consumo de energia, formação de fluxos de ar durante a rotação, etc.Entre as questões importantes estão as características dinâmicas da centrífuga: velocidade e tempo de rotação, velocidades de aceleração e desaceleração permitidas. A possível transmissão de vibração para a estrutura do módulo também é uma questão importante. Nossos projetistas tem experiência na criação de suspensões independentes para suportes médicos dinâmicos (principalmente esteiras), que podem ser úteis em trabalhos futuros. As limitações impostas ao projeto e às características operacionais do produto pelos recursos de um módulo específico e as condições de operação como parte de uma estação espacial devem ser resolvidas na fase de criação de um modelo da instalação e, finalmente, resolvidas na fase de projetar uma centrífuga a bordo.” Separados, mas juntos Os especialistas do IBMP observaram que uma centrífuga de raio curto não deve ser considerada uma solução universal contra todas as possíveis
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20 AstroNova . N.30 . 2021 manifestações adversas da falta de peso. “O sistema preventivo que agora está a bordo da ISS não será abandonado.”, explica Milena Koloteva; “A centrífuga de raio curto deve ser integrada às medidas preventivas existentes. O desaparecimento da pressão arterial hidrostática, a ausência de carga de peso no sistema muscular- esquelético e as alterações no funcionamento dos sistemas aferentes não podem ser nivelados pelos meios de prevenção atualmente disponíveis. Compensar a ausência de estímulos gravitacionais só é possível criando uma gravidade artificial a bordo da estação. Os resultados da pesquisa mostram que a combinação da centrífuga e da profilaxia tradicional, como o exercício em uma bicicleta ergométrica, ajuda a manter a estabilidade gravitacional mais do que o uso dessas ferramentas sozinhas.” O IBMP está desenvolvendo a frequência de uso da centrífuga de raio curto. É possível que seja aplicado nas fases iniciais do voo espacial, partindo literalmente do 2º ou 3º dia de gravidade zero até o final da missão. “Agora estamos falando sobre o uso diário da centrífuga, porque devemos ter resultados relevantes.”; frisou Milena Koloteva, “Temos a oportunidade de nos comunicar com o sujeito durante o experimento e registrar seus sentimentos e observações. Mas é bem possível que cada membro de uma expedição ao espaço profundo tenha seu próprio protocolo para usar uma centrífuga de raio curto. Alguém durante o voo, por exemplo, para Marte fará 50 rotações; outra pessoa, 150 rotações. Depende das características individuais da pessoa e da reação do sistema fisiológico. Tudo isso ainda está para ser determinado.” A atração gravitacional na arte A gravidade artificial é apresentada em muitos livros, filmes, séries de TV, quadrinhos e jogos de computador. Por exemplo, em 2001: uma odisseia no espaço, de Stanley Kubrick, e no romance de mesmo nome de Arthur Clarke, a nave Discovery gira criando gravidade artificial. As pessoas andavam em um “piso” curvo que girava constantemente dentro da espaçonave. Em Interestelar, dirigido por Christopher Nolan, a estação espacial e o Endurance realizam gravidade artificial, girando em uma frequência específica para simular uma gravidade semelhante à da Terra. No romance de Andy Weir, O marciano, e no filme de mesmo nome, a espaçonave Hermes cria deliberadamente a gravidade artificial. Ele usa uma estrutura anular, na qual existem forças iguais a cerca de 40% da gravidade da Terra. Esta gravidade artificial é semelhante em força à de Marte. No centro da estrutura anelar, a ausência de gravidade torna os astronautas praticamente sem peso. No universo de Star Trek, a gravidade artificial é obtida por meio do uso de uma “placa de gravidade” embutida no convés de uma nave estelar. E na série de televisão Far Away, que estreou no ano passado na Rússia, a gravidade artificial está presente apenas nos alojamentos da tripulação, que giram em torno do corpo da espaçonave, que não tem gravidade. Tradução: Eng. Rafael Cândido Jr. Fonte: www.roscosmos.ru/30985