Para a Lua e Marte – Mapeando a Nova Corrida Espacial

Corrida Espacial 2.0

A primeira exploração espacial da humanidade ocorreu durante a Guerra Fria e a grande luta de poder entre os EUA e a União Soviética. Infelizmente, parece que uma das maiores conquistas de nossa espécie precisou de conflitos e ameaças de guerra para avançar.

Após o pouso da Apollo 11 na Lua e o colapso da União Soviética, o impulso para ir ao espaço diminuiu um pouco. Década após década, mais anos se acumularam sem que um único ser humano tivesse caminhado na Lua.

Mas uma nova corrida espacial está esquentando, e como a primeira, é impulsionada pela crescente rivalidade entre os EUA e a nova potência em ascensão, a China. Com a Rússia, herdeira da União Soviética, pronta para se juntar às forças com a China.

Quando discutimos o progresso recente na exploração espacial, tendemos a nos concentrar em curto prazo, como o impressionante pouso da SpaceX há alguns dias.

Ou em longo prazo, como como podemos construir uma economia global baseada no espaço ou as infraestruturas necessárias para chegar lá, incluindo fornecer energia limpa ilimitada à Terra.

Menos discutido no próximo 1-2 décadas, bem como os planos de agências públicas e empresas privadas não ocidentais.

Estações Espaciais

ISS

Após o fim da estação espacial russa Mir em 2001, apenas a ISS (Estação Espacial Internacional) ainda estava em órbita com astronautas.

Fonte: NASA

Essa peça de equipamento envelhecida, iniciada em 1998, está cada vez mais difícil de manter e propensa a falhas. Como resultado, espera-se que seja descomissionada até 2030.

No verão de 2024, a NASA anunciou que a SpaceX havia sido selecionada para desenvolver e entregar o Veículo de Desorbitação dos EUA.

Tiandong da China

A ISS foi recentemente acompanhada pela estação espacial Tiandong da China, cuja construção começou em 2021.

Fonte: Wikipedia

A China decidiu construir sua própria estação após a Emenda Wolf, uma lei dos EUA de 2011 que proibiu a China de colaborar com os EUA, Europa ou Japão na exploração espacial, especialmente na ISS.

Agora é amplamente considerada uma má ideia, e acelerou o desenvolvimento da capacidade espacial da China. Tiandong agora está aberta para astronautas não chineses, provavelmente primeiro para seus parceiros russos, que foram instrumentais para acelerar o progresso da China no espaço.

A China planeja dobrar o tamanho da estação de 3 para 6 módulos nos próximos anos. Isso aumentaria sua massa para 180 toneladas métricas, ou apenas 40% das 450 toneladas da ISS.

Fonte: Wikipedia

Discussões online também se concentraram em como o design interno de Tiandong é mais simplificado em comparação com a ISS, mas isso provavelmente é um pouco injusto, pois Tiandong se beneficiou de tecnologia de TI mais recente e da experiência da construção de Mir e da ISS.

Fonte: Reddit

Tiandong dará experiência aos taikonautas chineses, o termo chinês para astronauta, da mesma forma que os russos usam cosmonauta, e será usada para realizar missões científicas.

Também servirá um telescópio espacial semelhante ao Hubble chamado Xuntian (“levantamento dos céus.”), que compartilhará a órbita da estação espacial e será fornecido por Tiandong para reparos, manutenção e atualizações futuras.

“O telescópio Xuntian foi o projeto científico mais importante desde o lançamento do nosso programa de estação espacial. É uma instalação científica que a comunidade astronômica chinesa aguardava ansiosamente, e uma instalação que representa a tecnologia de ponta em astronomia do país.

Hubble pode ver uma ovelha, mas o CSST vê milhares, todos com a mesma resolução,”

Zhou Jianping – Designer-chefe do programa espacial tripulado da China

Estação Russa

Desde o fim de Mir, a Rússia tem sido um parceiro fundamental no programa da ISS, refletindo uma nova era de orçamento limitado pós-União Soviética e melhores relações internacionais.

A guerra na Ucrânia tem pesado muito nisso, e em 2024, anunciou planos para sair do programa da ISS e construir sua própria estação espacial de 4 módulos. O primeiro módulo será lançado em 2025, com os 4 módulos principais anexados até 2030 e 2 outros até 2033.

Fonte: Payload

Esse plano ambicioso ilustra a intenção de Moscou de permanecer um parceiro independente da China e não depender inteiramente dela em termos de exploração espacial. No entanto, pode sofrer com restrições orçamentárias se a guerra na Ucrânia persistir ou se a economia russa desacelerar. Também dependerá muito do sucesso do lançador pesado Angara A5 recentemente testado.

Leve-nos à Lua

Além das estações espaciais, a Lua é a principal preocupação da nova corrida espacial, com a NASA e seus parceiros internacionais, bem como a Rússia e a China, planejando construir bases tripuladas permanentemente ocupadas.

Isso ocorre devido a alguns pontos-chave que tornam a Lua muito atraente para um primeiro passo na colonização interestelar.

Proximidade

O primeiro argumento para desenvolver nossa primeira base espacial na Lua é que ela está relativamente próxima da Terra. Contrariamente ao que poderia ser esperado, isso não reduz significativamente o número total de lançamentos de foguetes ou a energia necessária para alcançá-la. Uma vez em órbita, tudo no sistema solar está “perto” em termos de energia necessária.

No entanto, é uma viagem muito mais curta. Isso tem várias vantagens:

• Menos tempo de viagem significa menos exposição à radiação e menos necessidade de blindagem pesada da nave espacial de trânsito.
• Levar suprimentos extras em uma emergência ou evacuar um astronauta doente ou ferido é mais rápido.
• Há quase nenhum atraso de comunicação (1,25 segundos), o que permite comunicação quase instantânea, conversa em tempo real e assistência com sistemas de teleoperação.

Gravidade

A gravidade da Lua é 1/6 da da Terra. Isso não é muito, mas pode ajudar a reduzir os efeitos negativos da microgravidade, como aqueles em estações espaciais. Na verdade, poderia ser uma mina de ouro de informações para entender o que a gravidade baixa, mas não zero, faz ao corpo humano em longo prazo, algo que ainda não é entendido. E, obviamente, isso é um dado muito importante para entender se um dia poderemos colonizar Marte.

Também torna tudo, desde a manufatura até a manutenção e a vida diária, mais fácil. Itens caem, líquidos e alimentos não flutuam ao redor, etc.

Regolito Metálico

Muitos imaginam a superfície da Lua sendo feita de uma rocha branca poeirenta. Em vez disso, a superfície da Lua, especialmente os primeiros 15 metros (16 jardas), é feita de um pó abrasivo fino de meteoritos, chamado regolito.

Esse regolito é feito principalmente de oxigênio (43%) e silício (20,1%), mas também de muitos metais: 12,5% de ferro, 7,4% de alumínio, 6,1% de magnésio e 1,8% de titânio. Isso significa que poderia fornecer, diretamente na superfície, todos os metais necessários para construir grandes habitats e painéis solares para uma base lunar.

Poderia até fornecer mais metais do que precisamos para construir painéis solares para alimentar a Terra ou grandes espaçonaves para trânsito em massa para Marte.

Também é possível fundir e refinar usando recursos locais relativamente facilmente. Para mais informações, você pode verificar o excelente (e longo) vídeo do canal Astrum sobre o tópico:

Airlessness

Porque a Lua é sem ar, provavelmente nunca terá bilhões de habitantes. No entanto, isso tem algumas vantagens importantes.

A primeira é que a fusão de metais do regolito em um vácuo pode ser feita transformando-os em gases. Isso pode ser feito em temperaturas abaixo de 1.000°C, fáceis de alcançar com concentradores solares.

Outra vantagem de não ter ar combinada com baixa gravidade é que deixar a superfície da Lua é muito mais fácil do que deixar a da Terra. Enquanto na Terra, os impulsionadores de massa, uma espécie de catapultagem de espaçonaves em órbita de alta velocidade, ainda são ficção científica, provavelmente poderíamos construir um na Lua amanhã com o orçamento certo.

Combinação com a abundância de materiais locais, isso sugere que pode fazer mais sentido minerar e fabricar a maior parte do material necessário para a exploração espacial na Lua.

Planos da NASA para a Lua

O plano da NASA para a Lua é coberto pelas missões Artemis, começando com Artemis I até Artemis IV, com a construção de uma base lunar permanente, bem como uma estação espacial na órbita da Lua, a Porta da Lua.

Fonte: NASA

O plano é para uma missão por ano, com 4 astronautas cada vez, 2 em órbita e 2 na Lua.

Fonte: The Planetary Society

Atrasos se Acumulam

Um problema recorrente no programa Artemis é o atraso no cronograma planejado. Em 2020, Artemis II & III já estavam previstos para 2024.

Um problema-chave é o SLS (Sistema de Lançamento Espacial), um novo foguete construído pelos grandes contratantes de defesa e aerospacial Boeing, Aerojet Rocketdyne (parte da L3Harris), Lockheed Martin e Northrop Grumman. Os custos totais de desenvolvimento do SLS explodiram para $100B, ou $12m por dia, e experienciaram várias falhas durante testes. Como um foguete não reutilizável, também aumenta significativamente o orçamento das missões lunares.

O módulo lunar, ou Sistema de Pouso Tripulado (HLS), também está atrasado, que foi avaliado como tendo 70% de chance de estar pronto até 2028. Enquanto isso, a equipe do rover Artemis da Lockheed Martin está sendo substituída por funcionários da Leidos.

A data limite mais próxima para o retorno do homem à Lua é agora em 2026, com habitats lunares (Habitat de Fundação e Habitat Móvel) lançados em 2032.

No geral, os atrasos repetidos e os grandes excessos de custo afetaram a reputação da NASA e fizeram muitos entusiastas do espaço desesperarem de quando o Artemis realmente aconteceria.

Planos da Rússia e da China para a Lua

Em 2021, a China anunciou um plano para construir uma base lunar em conjunto com a Rússia, bem como colaborar com uma série de outros países, principalmente na Ásia e na África.

Fonte: Wikipedia

Isso segue o recente grande sucesso da sonda Chang’e 6 da agência espacial chinesa, que trouxe a primeira amostra de rocha lunar da face oculta da Lua.

A missão Chang’e-7, prevista para 2026, irá pesquisar o polo sul, que foi selecionado como o local para a futura base lunar.

Chang’e-8 será lançado em 2028 para experimentar o uso de recursos lunares para fabricação in situ.

O plano público é muito menos detalhado do que o programa Artemis. No entanto, sabemos algumas coisas:

• Será dividido em 3 fases e exigirá 5 missões de lançadores superpesados ainda em desenvolvimento.
  • A primeira fase será dedicada a medições científicas e recursos locais.
  • A segunda fase construirá os elementos básicos de suporte e o primeiro pouso tripulado de forma remota.
  • A terceira fase, provavelmente por volta de 2045, construirá a base real pronta para receber mais astronautas e ampliar a instalação.
• A ideia é usar cada missão Chang’e para desenvolver um a um os módulos da tecnologia necessária, como pousar no Polo Sul e explorá-lo, como usar recursos locais, etc.
• Está claro que a China está contando com o progresso em sua tecnologia de lançadores, incluindo reutilizabilidade, para ajudar a construir a estação no meio do caminho.

Fonte: Techeblog

Você também pode ver os primeiros renders da base lunar planejada neste vídeo da mídia estatal chinesa (em chinês):

Energia Nuclear

Uma contribuição importante da Rússia para o programa seria sua expertise em energia nuclear, especialmente reatores miniaturizados. Espera-se que alcance até 1MW (1.000 kW).

Isso também pode ser feito em colaboração com a Índia, uma nova nação lunar ambiciosa que alcançou isso desde sua missão robótica de 2023 na Lua com Chandrayaan-3, tornando-se o quinto país a fazê-lo.

Noites na Lua duram 14 dias, o que poderia ser crucial para qualquer ocupação em grande escala que lute para depender apenas de energia solar.

Pode ser observado que a NASA também está planejando usar energia nuclear, mas em uma escala muito menor, com micro-reatores de 50-100 kW da Rolls Royce.

Zona Econômica Lunar

A China tem um plano muito ambicioso para a exploração espacial e a colonização da Lua, com uma visão muito chinesa e focada no desenvolvimento econômico em vez de “exploração espacial puramente científica”.

Notadamente, propôs estabelecer uma zona econômica espacial Terra-Lua e elaborou uma estrada para isso com um “valor total de produção anual de mais de US$ 10 trilhões” por volta de 2050.

Driver de Massa Lunar

Se esse plano soa extremamente ambicioso, é porque é.

A economia espacial Terra-Lua de trilhões de dólares imaginada pelos planejadores e pesquisadores chineses poderia incluir hélio-3. Esse elemento ultrarraro pode tornar a fusão nuclear mais fácil de alcançar (sem emissões de nêutrons).

“Apenas 20 toneladas de hélio-3 poderiam atender à demanda anual de eletricidade da China. Embora a Terra tenha apenas cerca de 0,5 toneladas de hélio-3, o solo lunar é estimado em 1 milhão de toneladas – o suficiente para atender às necessidades de energia do mundo por mais de mil anos.

O solo lunar tem o suficiente hélio-3 para alimentar o mundo por mais de mil anos”
SCMP

Para trazer de volta esses recursos, a China planeja usar um driver de massa que funciona essencialmente como um martelo giratório muito grande. Isso é muito semelhante ao lançamento baseado em terra imaginado pela empresa SpinLaunch.

Mas, enquanto a necessidade de criar um vácuo e, em seguida, rompê-lo com segurança é um grande problema para o SpinLaunch, isso não é um problema na Lua sem ar. É mais fácil, pois a gravidade é apenas 1/6 da da Terra.

Fonte: SpinLaunch

Eles esperam que o driver de massa possa reduzir o lançamento de material da Lua por 10x.

A mesma tecnologia poderia ser usada para satélites de energia solar ou material em massa para construir e encher grandes navios cargueiros para Marte.

Em geral, parece que a China tem uma visão de ver a exploração e as bases lunares se pagarem por si mesmas eventualmente.

Marte

Todas as partes veem a maioria das bases lunares como pedras angulares para a exploração de Marte. No entanto, para a NASA e a China/Rússia, isso é um objetivo um pouco distante.

Enquanto isso, a SpaceX de Elon Musk está procurando realizar o reabastecimento em órbita no próximo ano, após o sucesso de capturar o pouso intermediário do Starship recém-testado. Isso será um passo necessário para qualquer viagem além da órbita direta da Terra, especialmente em direção à Lua ou Marte.

Fonte: Elon Musk

Ele esperava que os humanos em Marte pudessem ser alcançados já em 2028, colocando-o fortemente em desacordo com os planos lunares de todas as agências espaciais públicas.

Isso provavelmente é um caso do famoso “tempo de Elon”, com prazos um pouco curtos para acontecer na vida real.

Ao mesmo tempo, se o Starship realizar como esperado, não há razão, exceto limitações orçamentárias, para ver Marte como algo inalcançável. O problema pode ser muito mais sobre construir um habitat sobrevivível para Marte para os astronautas sobreviverem à sua estadia do que a própria viagem.

Será que a SpaceX assumirá a responsabilidade de levar a exploração espacial a novos marcos sem a NASA?

Foguetes

SpaceX

O notável feito da SpaceX na tecnologia de lançadores reutilizáveis, agora coroado pelo sucesso recente do Starship, colocou os EUA firmemente à frente de seus concorrentes.

Em particular, causou um colapso completo dos custos de lançamento, com quase todos os outros foguetes se tornando comercialmente inviáveis de repente. Daí a crescente crítica sobre a insistência da NASA em usar o SLS.

Se o Starship puder manter sua vantagem, pode capturar a imensa maioria do mercado de lançamento espacial e também se tornar a opção principal para alcançar a Lua e Marte em um programa Artemis revisto, abandonando o SLS.

Lançadores Chineses

Lançadores Long March

O programa espacial estatal da China depende da família de foguetes Long March. O futuro lançador superpesado Long March 9, que está em desenvolvimento, é esperado para levantar cargas de 140 toneladas para a órbita terrestre baixa (em sua versão final) e 44 toneladas para Marte.

Seu primeiro lançamento de teste está planejado para 2030. Espera-se que tenha um primeiro estágio reutilizável, com reutilizabilidade total alcançada em 2040.

Fonte: Orbital Today

Empresas Privadas Chinesas

Inspirados pela SpaceX, empreendedores na China estão procurando emular o sucesso de Musk construindo empresas de foguetes privadas que cortem a burocracia e a aquisição pública, que parece inflar os custos tanto. Isso é, na verdade, um grande ecossistema neste ponto:

Fonte: Andrew Jones/SpaceNews