A ISRO fez história em 24 de setembro de 2014, quando a espaçonave indiana chamada Mangalyaan alcançou a órbita de Marte em sua primeira tentativa. Esta missão fez da Índia a primeira nação asiática a entrar na atmosfera marciana e a única nação a realizá-lo na sua primeira tentativa. Globalmente, a Índia tornou-se o quarto país a fazê-lo, depois das missões anteriores realizadas pelo Programa Espacial Soviético, pela NASA e pela Agência Espacial Europeia. Curiosamente, o Japão e a China também fizeram esforços para chegar a Marte nos anos de 1998 e 2011, respectivamente, mas não tiveram sucesso.
Figura 1: Missão Mars Orbiter da Índia, ou seja, Mangalyaan
O que é Mangalyaan:
Mangalyaan, um termo hindi para Mars Craft, é o satélite da Índia que orbita Marte desde 24 de setembro de 2014. Foi lançado pela Organização Indiana de Pesquisa Espacial (ISRO) em 5 de novembro de 2013 a partir da primeira plataforma de lançamento no Centro Espacial Satish Dhawan localizado em Sriharikota, Andhra Pradesh. Foi decolado usando um foguete PSLV C25 na primeira missão interplanetária do país. Depois de passar um mês na órbita da Terra, atingiu a injeção Trans-Marte em 30 de novembro de 2013 e finalmente entrou na órbita marciana em 24 de setembro de 2014.
A missão Mangalyaan é um projeto concebido principalmente para demonstrar a capacidade da Índia na exploração interplanetária. Em segundo lugar, visa desenvolver tecnologias para explorar o Planeta Vermelho e recolher informações vitais sobre o mesmo com a ajuda dos 5 instrumentos listados abaixo.
Sensor de Metano para Marte (MSM): O MSM foi projetado para medir o CH4 na atmosfera marciana e mapear suas fontes.
Analisador de composição neutra exosférica de Marte (MENCA): Ele analisa a composição neutra de partículas na faixa de 1-300 amu (unidade de massa atômica) com resolução de massa unitária. Ele realiza cinco observações por órbita, com cada observação demorando uma hora.
Espectrômetro de imagem térmica infravermelha (TIS): Ele mapeia a composição da superfície e a mineralogia atrás de Marte, juntamente com o CO2 atmosférico e a turbidez.
Câmera colorida de Marte (MCC): Cada vez que os dados são adquiridos do MSM e do TIS, esta câmera captura as imagens informando sobre as características e composição da superfície marciana.
Custo de Mangalyaan
Figura 2: Comparação de custos de Mangalyaan e Maven (Fonte: NASA e ISRO)
A ISRO conseguiu colocar Mangalyaan na órbita marciana com um custo total de apenas INR 450 milhões, o que na época equivalia a cerca de 73 milhões de dólares. Hoje, este montante traduzir-se-ia em cerca de 66 milhões de dólares. Este valor foi apenas uma fração do que outros países gastaram em missões semelhantes, tornando Mangalyaan a missão interplanetária menos dispendiosa de sempre. Considerando que a maior distância entre Marte e a Terra é de 400 milhões de km, o custo desta expedição é de aproximadamente INR 11 por quilômetro. Isso é mais barato do que um passeio de riquixá em Mumbai.
Falando sobre a NASA e a Agência Espacial Europeia, elas incorreram em um custo de 671 milhões de dólares e 200 milhões de dólares, respectivamente. É interessante notar que até mesmo o filme de Hollywood Gravidade foi feito com um orçamento total de 100 milhões de dólares.
De acordo com o Sr. K Radhakrishnan, ex-presidente da ISRO, esse baixo custo foi atribuído a vários fatores, como uma abordagem modular, poucos testes de solo e longas durações de trabalho (18-20 horas) para os cientistas.
Física por trás do lançamento Mangalyaan
Figura 3: Lançamento do Mangalyaan pela ISRO
• Mangalyaan pesa cerca de 1.350 kg, o que equivale aproximadamente ao peso de um carro pequeno. Um dos aspectos mais importantes da missão foi detectar a presença de metano e medir a taxa de perda de gases atmosféricos para o espaço exterior, que poderiam ser posteriormente utilizados na recolha de dados sobre a história do planeta.
• A nave foi lançada pelo foguete PSLV C25 da Índia, utilizando propulsões alternativas sólidas e líquidas em quatro estágios. Ao acender o combustível sólido, o empuxo não poderia ser regulado, mas para o combustível líquido, o motor poderia ser desligado ou ligado. O orbitador separou-se do foguete PSLV C25 e entrou na órbita elíptica da Terra.
• Agora, à medida que o orbitador se afastava da Terra, a velocidade diminuía e quando se aproximava da Terra, a velocidade aumentava devido à atração gravitacional da Terra. Isto significava que o motor precisava ser acionado apenas por um curto período, ou seja, quando o orbitador estava próximo ou a velocidade era alta. Isso aumentou a órbita, bem como a velocidade, utilizando a menor quantidade de combustível. Depois que os 6 motores principais foram queimados, ele conseguiu ganhar velocidade de escape e deixou a esfera de influência da Terra.
Para entender o significado de velocidade de escape e esfera de influência, vamos discutir o fenômeno brevemente. Como sabemos, o Sol é muito maior do que qualquer um dos planetas e, portanto, a sua força gravitacional domina o sistema solar. Portanto, a gravidade de um planeta só é mais forte quando um objeto está mais próximo desse planeta. Esta região ao redor do planeta é chamada de esfera de influência desse planeta e a velocidade necessária para sair desta esfera é conhecida como velocidade de escape.
• Quando Marte está na posição correta, o orbitador deixou a Terra numa direção que é tangencial à órbita da Terra. Portanto, para colocar o orbitador em uma trajetória que o faça chegar a Marte, convenientemente é chamado de injeção trans-Marte. Como sabemos, a primeira lei do movimento de Newton afirma que um objeto continua em movimento a menos que seja influenciado por uma força externa. Aplicando a mesma regra aqui, o combustível foi obrigado a queimar apenas para definir a trajetória e esse processo é chamado de Manobra de Correção de Trajetória.
• Outro fator que determinou a entrada do MOM na órbita marciana foi o ângulo entre a Terra, Marte e o Sol, que precisa ser de aproximadamente 44 graus. Esta condição ocorre no intervalo de tempo de 780 dias, implicando que se a missão não tivesse conseguido enviar o satélite naquela data específica, teria adiado para janeiro de 2016 e posteriormente para maio de 2018 e assim por diante.
Figura 4: Trajetória de Transferência de Marte
• A distância mais curta entre a Terra e Marte é de 54,6 milhões, o que significa que é necessária uma quantidade extremamente grande de combustível para cobrir esta distância. Os cientistas tiveram que optar pela rota mais curta e depois desacelerá-la para corresponder à velocidade do planeta. Isto só foi possível através de uma órbita elíptica de cerca de 680 milhões de km, que forma uma tangente a Marte e à órbita da Terra em torno do Sol. Este tipo de transferência de um satélite/nave espacial de uma órbita para outra é chamada de Transferência de Hohmann.
Figura 5: Diagrama representando o caminho projetado de Mangalyaan
• A detecção da velocidade do orbitador foi feita da mesma forma que a velocidade dos motoristas é detectada nas rodovias. Ondas de rádio foram enviadas ao orbitador para estabelecer comunicação com a Terra. Cada vez que o orbitador se afastava, cada onda tinha que percorrer uma distância maior e, portanto, a distância entre elas, ou seja, o comprimento de onda aumentava. Essa mudança no comprimento de onda ajudou no cálculo da velocidade do orbitador, também conhecido como Efeito Doppler.
Mangalyaan-2
Logo após o sucesso do MOM, a ISRO fez um anúncio em 28 de outubro de 2014 sobre Mangalyaan 2, que será uma missão interplanetária de acompanhamento. Além do orbitador, é provável que inclua um Lander e um Rover. Além disso, desta vez será construído em conjunto pela Índia e pela França. Os dois países assinaram uma carta de intenções para que ISRO e CNES construíssem a espaçonave juntos até o ano 2020.
A ISRO planejou usar o GSLV III PARA Chandrayaan 2 (missão à Lua) até 2018 e mais tarde para Mangalyaan (missão a Marte) até 2020. De acordo com alguns relatórios, a segunda iteração do Mangalyaan será 7 vezes mais pesada do que o primeiro e vai focar em uma exploração mais intensa de Marte com um conjunto aprimorado de equipamentos.
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