A reentrada na atmosfera

Enquanto escrevo este post, meus colegas no ônibus espacial Discovery fazem os preparativos finais para voltar à Terra. Nessa viagem o ponto mais crítico é a reentrada da nave na atmosfera.

É arriscado? Claro que sim!

Os astronautas vão reentrar na atmosfera terrestre com uma enorme velocidade. Resistir às altíssimas temperaturas na superfície da espaçonave. Controlar a distância e a altitude de forma a alcançar, com precisão, uma pista localizada a mais de 6000 milhas...planando! É isso mesmo! O ônibus espacial é um grande planador de 100 toneladas quando retorna para pouso. Para complicar um pouco mais, sua aerodinâmica está mais para um tijolo do que para uma pipa!

Todas essas coisas, e muito mais, fazem da reentrada uma fase bastante preocupante do vôo espacial. Há algum tempo atrás, esquecidas as cenas da explosão do Challenger ocorrida um 1986, as missões espaciais tornaram-se algo “natural”. Algo como um vôo comercial entre São Paulo e Brasília. Ninguém falava sobre os riscos. Era um tipo de “assunto a evitar”. Ninguém gostava de falar dessas possibilidades. A destruição do Columbia durante a sua reentrada em fevereiro de 2003 trouxe a dura realidade à tona: o vôo espacial é ainda bastante arriscado.

A investigação do acidente causou mudanças de procedimentos, sistemas e filosofia. Isso é o que tiramos de bom de uma tragédia. Encaramos o fato. Melhoramos o que é possível dentro das nossas limitações de conhecimento e tecnologia, mas não podemos mudar as leis da natureza. O ambiente e a dinâmica extrema do vôo colocam a máquina, e seus parceiros humanos, bem no limite operacional. Essas são as condições que serão encontradas pelo Discovery durante o seu regresso à superfície do planeta nessa semana.

Como isso acontece na prática?

As operações de reentrada começam com os procedimentos preparatórios: checagem de todos os sistemas essenciais, super-refrigeração do fluido do sistema de controle de temperatura, recolhimento da antena da banda KU, fechamento das portas do compartimento de cargas e análise das condições da pista de pouso, entre uma longa lista de coisas. Caso as condições meteorológicas na Flórida não sejam ideais, e não haja possibilidade de estender o tempo em órbita, por falta de oxigênio por exemplo, o pouso pode ser efetuado também no deserto de Mojave na Califórnia.

Inicialmente, o ônibus espacial precisa reduzir a altitude. Começar a “cair”! Para tanto, o primeiro passo é manobrar a espaçonave para que ela fique “de ré” na sua trajetória. Como? Executando a “queima retrógrada de reentrada”, isto é, acionando por cerca de quatro minutos os foguetes de mudança de órbita (OMS – Orbital Maneuvering System) para “frear” o veículo o que faz com que se perca energia controladamente. Depois, começa a descida! O tempo e os parâmetros de queima são calculados pelo Centro de Controle aqui em Houston e repassados, via transmissão na banda S, para os computadores de bordo. São utilizados todos os dados disponíveis como posição inicial, altitude, velocidade, peso e estado dos sistemas embarcados para determinar com precisão a trajetória desejada, a altitude inicial e os tempos de início e de término de funcionamento dos foguetes. O objetivo é descer de forma a atingir 400 mil pés de altitude no ponto de início de reentrada, localizado a 6400 milhas náuticas (praticamente do outro lado do mundo) da pista de pouso no Centro Espacial de Kennedy, na Flórida. Começa o “planeio”.

No ponto de início, estamos viajando aproximadamente a 25 vezes a velocidade do som. A inclinação do nariz tem de ser exatos 40 graus. Assim, o maior impacto aerodinâmico ocorre apenas com a parte inferior da espaçonave, blindada do calor pelos frágeis ladrilhos de proteção térmica.

É necessário controlar precisamente a distância e a energia (altitude e velocidade) de forma a alcançarmos a pista de Kennedy, ou do deserto na Califórnia, em condições ideais de pouso.

Para tanto, nos painéis integrados da cabine, temos gráficos de trajetória de energia, indicações de guiagem automática, e vários outros parâmetros. Normalmente, tudo é feito automaticamente, até a curva de aproximação final, quando o comandante assume os controles. Na fase inicial da reentrada, o veículo vai gradualmente reduzindo o ângulo de ataque à medida que sua velocidade também diminui. Por volta de 200 mil pés de altitude, a espaçonave começa a realizar curvas para ajustar a sua altitude e sua velocidade ao perfil calculado, ideal para a redução de energia. Como a proteção térmica é maior na parte inferior da espaçonave, baixar o nariz para perder altitude, reduzindo o ângulo de ataque, não seria uma boa idéia. O aquecimento aerodinâmico produz temperaturas superiores a 2000 graus no revestimento da espaçonave! Por isso as curvas de ajuste são utilizadas. Isso permite inclinar o vetor sustentação, reduzindo a sua componente vertical e causando perda de altitude sem expor as partes desguarnecidas pelo escudo térmico.

Contudo, precisamos lembrar que, ao realizar uma curva, existe um afastamento do eixo desejado de trajetória entre a posição inicial e a pista de pouso. Assim, a curva tem de ser revertida depois de um certo ângulo de afastamento lateral da trajetória básica. A primeira reversão ocorre com 16.5 graus de abertura. As seguintes iniciam a 11 graus.

Outro detalhe importante é que não se pode reduzir o ângulo de ataque durante as curvas para não expor a estrutura menos protegida ao calor. Por essa razão, as curvas não são rolamentos simples, mas sim “giros em torno do eixo aerodinâmico”.

O acidente do Columbia aconteceu exatamente durante essa fase da reentrada, quando jatos de plasma superaquecido penetraram na estrutura de alumínio da asa esquerda através de uma fenda no revestimento térmico do bordo de ataque. A falha inicial foi causada pela colisão de um pedaço congelado da espuma de proteção que desprendeu do tanque externo durante a decolagem e atingiu a asa.

Terminada a fase de reentrada, inicia-se a fase de vôo atmosférico. Durante esse processo de transição, paulatinamente o controle de atitude do veículo passa do sistema de jatos de controle (RCS – Reaction Control System), que é utilizado no espaço, para as superfícies de controle aerodinâmico, como as que existem nos aviões, possíveis de serem utilizadas apenas quando existe suficiente pressão aerodinâmica.

A aproximação final para pouso começa a 10.000 pés de altitude com 300 nós de velocidade. O controle da velocidade é feito automaticamente pelo freio aerodinâmico acoplado ao leme direcional. A 2000 pés o comandante inicia o arredondamento da trajetória. O trem de pouso é baixado pelo piloto a 300 pés. Ele é operado por energia hidráulica e pirotécnicos. O pouso se dá entre 190 e 210 nós, dependendo do peso. Ainda com o nariz alto, o pára-quedas de arrasto é acionado. O trem de nariz é gentilmente colocado no solo utilizando um botão no manche. Os freios são acionados pelo comandante com a intensidade restrita dentro de uma faixa de segurança, indicada por uma fita na lateral direita do HUD (Head-Up Display). A 70 nós, o pára-quedas é abandonado pelo piloto.

O vôo se encerra com a parada das rodas e os procedimentos pós-pouso da tripulação e das equipes do comboio de segurança de terra.

Missão cumprida!