Engenheiros mantêm-se atentos ao combustível do orbitador marciano mais antigo da NASA

Desde que a NASA lançou o orbitador Mars Odyssey para o Planeta Vermelho, há quase 22 anos, a nave espacial já completou mais de 94.000 voltas em torno de Marte. Isto é mais ou menos equivalente a 2,21 mil milhões de quilómetros, uma distância que tem exigido uma gestão extremamente prudente do abastecimento de combustível da nave espacial. Este feito é ainda mais impressionante dado que a Odyssey não tem um indicador de combustível; ao invés, os engenheiros têm confiado na matemática.

O seu trabalho tem ajudado a Mars Odyssey a construir um legado científico: a nave espacial mapeou minerais em toda a superfície marciana, permitindo aos cientistas compreender melhor a história do planeta. A Odyssey encontrou depósitos de gelo que poderiam ser utilizados pelos futuros astronautas. Estudou a radiação que poderia prejudicar esses mesmos astronautas. E procurou potenciais locais de aterragem para as missões que se avizinham. A Mars Odyssey está também entre uma pequena constelação de orbitadores que retransmitem dados, para a Terra, dos rovers e “landers” (quase 150 gigabytes até à data, e a contar).

Mas, no ano passado, a Odyssey parecia que poderia estar a ficar sem combustível: os cálculos indicavam que o seu reservatório de hidrazina era muito mais baixo do que o esperado.

A Mars Odyssey foi lançada em 2001 com quase 225,3 kg do carburante hidrazina. Dado que não dispõe de indicador de combustível, os engenheiros têm usado uma variedade de formas para inferir a quantidade de hidrazina que a nave espacial tem consumido ao longo do tempo. Uma maneira de medir o combustível que os dois tanques ainda têm é aplicar-lhes calor e observar quanto tempo demoram a atingir uma determinada temperatura. Tal como um bule, um tanque de combustível quase vazio aqueceria mais depressa do que um cheio.

Isto é, de facto, o que pareceu ocorrer com uma estimativa de combustível realizada na Odyssey no verão de 2021. A matemática parecia mostrar que a nave ainda dispunha de aproximadamente 5 kg de carburante – menos do que a modelagem da missão tinha previsto. Outra estimativa, em janeiro de 2022, indicou que apenas restavam 2,8 kg de hidrazina.

Se os números estivessem corretos, a Mars Odyssey ficaria sem combustível em menos de um ano. Ou a sonda tinha sofrido algum tipo de falha, como uma fuga, ou algo estava errado nas medições da equipa.

Seguiram-se meses de testes e investigações intensas. Depois de estudar o mistério do combustível “desaparecido”, os engenheiros da missão aprenderam coisas novas sobre como o complexo e envelhecido sistema de combustível da nave espacial se comporta em voo. A sua conclusão: o orbitador deveria realmente ter hidrazina suficiente para durar pelo menos até ao final de 2025.

Como a Mars Odyssey utiliza hidrazina

A Mars Odyssey não precisa de muita hidrazina para sobreviver num determinado dia. Os painéis solares alimentam os seus sistemas, enquanto três rodas de reação estrategicamente colocadas ajudam o orbitador a apontar os seus instrumentos científicos para a superfície marciana. À medida que as rodas de reação giram dentro do corpo da nave espacial, criam torque que faz com que a Odyssey se mova na direção oposta.

“Estas rodas de reação têm de trabalhar em conjunto para manter a ‘pontaria’ da nave espacial”, disse Jared Call, diretor da missão da Mars Odyssey no JPL da NASA no sul da Califórnia. “Mas com a Mars Odyssey a completar um ciclo completo a cada órbita, é preciso uma forma de descarregar o momento crescente”.

É aí que entra a hidrazina da Mars Odyssey. Os propulsores da nave espacial libertam este carburante em pequenas explosões calculadas para contrariar o momento crescente das rodas de reação.

Trabalho de equipa

Assim, quando os cálculos da equipa mostraram que o seu reservatório de combustível era inferior ao esperado, os engenheiros do JPL trabalharam com os engenheiros da Lockheed Martin Space, que construiu a Mars Odyssey, mantém as operações da missão e fornece apoio à engenharia da nave espacial.

“Primeiro, tivemos de verificar que a nave espacial estava de boa saúde”, disse Joseph Hunt, gestor do projeto Mars Odyssey no JPL. “Depois de excluirmos a possibilidade de uma fuga ou de estarmos a queimar mais combustível do que o estimado, começámos a analisar o nosso processo de medição”.

A equipa concordou que precisavam de alguns novos olhos para avaliar a situação. Recorreram a Boris Yendler, um consultor externo que também é especialista na estimativa de combustível de naves espaciais.

Assim como todas as naves espaciais, a Mars Odyssey depende de aquecedores para manter várias peças, incluindo os tanques de combustível, a trabalhar no frio do espaço. Yendler perguntou-se se estava a ser acrescentado, ao combustível, calor de alguma outra fonte na nave espacial, complicando a medição. Após muitas experiências, a equipa confirmou que era esse o caso: os aquecedores, ao longo de uma linha de combustível que ligava os tanques, estavam a aquecê-los mais depressa do que o esperado, fazendo parecer que os tanques estavam quase vazios.

“O nosso método de medição está ótimo. O problema era que a dinâmica de fluídos, que ocorre a bordo da Odyssey, é mais complicada do que pensávamos”, disse Call.

Depois de descobrir quanto calor não estava a ser contabilizado nos seus cálculos, a equipa concluiu que a Mars Odyssey ainda tem cerca de 4 kg de hidrazina. É o suficiente para a missão durar por mais alguns anos. Embora o número possa mudar à medida que a equipa trabalha para refinar as medições e para melhorar a sua precisão, a equipa descansa mais facilmente agora que compreende melhor a sua nave espacial.

“É um pouco como o nosso processo de descoberta científica”, disse Call. “Explora-se um sistema de engenharia sem saber o que se vai encontrar. E quanto mais tempo se procura, mais se descobre o que não se esperava”.

// NASA (comunicado de imprensa)

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Mars Odyssey:
NASA
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