Sistema Saturno em 101 Questões: Cassini, do lançamento às descobertas!

Sistema Saturno: dos Mitos à Missão Cassini-Huygens

Fonte original: este material foi traduzido e atualizado do Projeto NASA, escrito durante a ida da Cassini ao Sistema Saturno: Saturn Educator Guide. Embarque você também nessa incrível e surpreendente Missão Sistema Saturno!

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• Sistema Saturno em 101 Questões: Cassini, do lançamento às descobertas!
• O que a Missão Cassini nos ensinou?
• Quem trabalhou na Missão Cassini-Huygens?
• Fazendo Arte com a Ciência da Missão Cassini.

LANÇAMENTO E NAVEGAÇÃO

81. Quando a Cassini foi lançada?

A Cassini foi programada para ser lançada em 6 de outubro de 1997. Várias semanas antes do lançamento, os engenheiros detectaram um pequeno problema com o isolamento dentro da sonda Huygens, e os gerentes do programa remarcaram o lançamento para 13 de outubro de 1997. Depois que o lançamento foi adiado mais uma vez devido a problemas técnicos, a Cassini foi enviada em sua jornada para Saturno às 4:43 da manhã de 15 de outubro de 1997, do Cabo Canaveral, Flórida.

82. Qual veículo de lançamento a Cassini usou?

Um foguete Titã IV lançou Cassini a caminho de Saturno. Cassini tem uma massa de 5.650 kg, e assim é preciso uma força poderosa para libertar a espaçonave da gravidade da Terra. O Titã IV é o mais poderoso veículo de lançamento dispensável da frota americana. Foi construído por Martin Marietta – agora Lockheed Martin – sob contrato com a Força Aérea dos EUA.

O Titã IV não enviou Cassini sozinho. Em vez disso, o Titã lançou tanto Cassini e um foguete de estágio superior chamado Centauro. O Centauro ajudou a colocar Cassini em uma órbita temporária ao redor da Terra chamada órbita de estacionamento. A partir daí, o Centauro esperou até Cassini estar na posição certa, e então disparou seus motores para impulsionar Cassini para longe da Terra e em direção a Vênus para o primeiro empurrão gravitacional da Cassini. Depois de disparar seus motores, o Centauro se desconectou da Cassini e a espaçonave começou sua longa viagem sem motores através do espaço. O Centauro foi desenvolvido pela General Dynamics e é o estágio superior mais poderoso do mundo.

O veículo de lançamento Titã IV, incluindo o Centauro, tem uma massa de 4,4 milhões de quilogramas, dos quais cerca de 90%, ou 4 milhões de quilos, é combustível! Os 370 kg dos instrumentos científicos da Cassini parecem incrivelmente minúsculos ao lado da massa do veículo de lançamento.

Veja o lançamento da Cassini aqui.

83. Quanto combustível de foguete a Cassini carrega para completar sua missão em Saturno?

A Cassini carrega cerca de 3.000 kg de combustível (ou propulsor). Parte do combustível será usado para direcionar o curso da espaçonave em seu caminho para Saturno, alguns serão usados para diminuir a velocidade da espaçonave quando ela chegar a Saturno, e algumas serão usadas durante a turnê no Sistema de Saturno. Bem mais de 99% da viagem da Cassini, no entanto, será uma viagem sem custos de energia através do espaço.

84. Quando a Cassini chegou a Saturno?

Cassini chegou ou melhor começou a orbitar Saturno em 1 de Julho de 2004. Pouco antes da aproximação mais próxima da Cassini a Saturno, a espaçonave disparou seus motores por mais de uma hora para desacelerar o suficiente para ser capturada em órbita ao redor de Saturno. A Cassini estará se movendo tão rápido — 32 km/s — que se não disparasse seus motores, passaria por Saturno e nunca mais voltaria.

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85. Quanto tempo durou a missão Cassini?

A missão Cassini foi planejada para durar um total de 11 anos: 7 anos viajando da Terra para Saturno, e 4 anos em turnê pelo Sistema de Saturno. No entanto, a espaçonave poderia continuar a enviar informações de volta à Terra por muitos mais anos.

Veja uma linha do tempo de toda a missão aqui.

86. Por que demora tanto tempo para chegar a Saturno?

Cassini é uma nave espacial extremamente pesada – a nave interplanetária mais pesada já lançada pelos Estados Unidos. Por ser tão pesada, não era viável impulsioná-la diretamente para Saturno.

Em vez disso, a espaçonave foi lançada para dentro do sistema solar em direção a Vênus, e fez dois sobrevoos de Vênus, um sobrevoo da Terra, e um em Júpiter voando a caminho de Saturno. Cada um desses voos aumentou a velocidade da espaçonave usando a gravidade dos planetas para acelerar a sonda. (Este tipo de voo às vezes é chamado de swingby.) Cassini chegará a Saturno, mas levará tempo para acelerar a espaçonave e fazê-la funcionar rápido o suficiente.

87. Não poderíamos chegar a Saturno mais rápido se voássemos diretamente para Saturno em vez de nos envolvermos em outros planetas?

Sim, mas precisaríamos de um veículo de lançamento muito mais poderoso ou uma nave espacial muito menor do que a Cassini. Dada a tecnologia de lançamento e a massa da Cassini, usar o empurrão gravitacional de outros planetas é absolutamente necessário para aumentar a velocidade da Cassini. Sem usar os puxões gravitacionais de outros planetas, ou um veículo de lançamento maior, não seria possível levar a Cassini a Saturno em qualquer período de tempo! O aumento da velocidade proporcionada pelos empurrões gravitacionais de Vênus, Terra e Júpiter exigiria 3,6 milhões de kg adicionais de combustível. Durante a turnê de 4 anos da Cassini em Saturno, os 40 puxões gravitacionais de Titã fornecerão o equivalente a mais de 49 milhões de quilos de combustível. Isto é mais de 12 vezes mais combustível do que o veículo de lançamento Titã IV carrega!

88. O que é um puxão/empurrão gravitacional?

O “puxão gravitacional” é uma maneira de usar a atração gravitacional de um planeta massivo em uma espaçonave, a fim de transferir impulso e energia do planeta para a espaçonave que está voando (ou “balançando”) por ele. Quando a sonda Voyager voou por Júpiter, ganhou 16 quilômetros por segundo de velocidade em relação ao Sol, a um custo de inicialmente reduzir a velocidade orbital de Júpiter em cerca de 30 cm por trilhão de anos. A exploração dos planetas exteriores não seria possível sem esses puxões gravitacionais, a menos que usássemos cargas menores e foguetes mais poderosos do que existem atualmente.

A Cassini ganhou cerca de 6 km/s em relação ao Sol no primeiro balanço de Vênus, 7 km/s no segundo sobrevoo de Vênus, 6 km/s na Terra, e cerca de 2 km/s em Júpiter.

89. Quão perto a Cassini chega à Terra durante seu sobrevoo?

A Cassini voou a cerca de 1.170 km da Terra durante seu sobrevoo em 18 de agosto de 1999 — maior do que a altitude do Telescópio Espacial Hubble de 600 km. A Cassini sobrevoou por Júpiter a uma distância muito maior de quase 10 milhões de km.

90. Podemos ver a nave Cassini da Terra durante seu sobrevoo da Terra?

Sim, mas na aproximação mais próxima da Cassini com a Terra, ela viaja muito rápido e está prestes a passar para a sombra da Terra. Seria visível por cerca de 30 segundos como um ponto de luz em movimento tão brilhante quanto as estrelas do Big Dipper (Ursa Maior). Se você estivesse em um local na Terra perto do caminho de Cassini, Cassini viria do oeste ao anoitecer e atravessaria cerca de metade do céu antes de passar para a sombra da Terra. Cassini sairia da sombra da Terra e reapareceria cerca de 24 minutos depois. Neste ponto, a Cassini estaria muito mais distante da Terra e assim pareceria muito mais fraca, embora você ainda pudesse vê-la com binóculos se você soubesse onde procurar.

91. Quanto realmente a Cassini percorreu em sua viagem da Terra até Saturno?

A distância direta da Terra para Saturno varia de cerca de 1,2 bilhão de km a 1,6 bilhões de km, dependendo de onde Saturno e a Terra estão em suas órbitas ao redor do Sol. Devido aos seus sobrevoos de Vênus, Terra e Júpiter, a Cassini realmente viajou mais de 3 bilhões de km para chegar a Saturno.

Uma vez lá, a Cassini viajou mais 1,7 bilhões de km em seu tour pelo sistema de Saturno.

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92. Qual é a velocidade da Cassini?

Durante a missão Cassini, a espaçonave atinge velocidades relativas de:

• 13 km/s voando por Vênus (equivalente a voar de Los Angeles para Boston em menos de 5 minutos!),
• 19 km/s voando pela Terra.
• Enquanto cruza para Saturno, a velocidade da Cassini é de até 32 km/s. A essa velocidade, mesmo a gravidade de Saturno não é suficiente para capturá-la – a Cassini deve disparar seus motores para desacelerar em Saturno, ou continuaria no planeta e nunca mais voltaria.

93. Quão perto a Cassini voa do topo das nuvens de Saturno?

Ao chegar a Saturno, a Cassini orbita perto do planeta, a uma altitude de apenas um sexto do diâmetro de Saturno — cerca de 20.000 km. Isso inicia a primeira de mais de 70 órbitas durante sua missão de 4 anos, e é o mais próximo que a Cassini já chegou do planeta.

94. O que acontece com a Cassini depois de completar a sua turnê por Saturno?

Após completar seu tournê, a espaçonave continuará orbitando Saturno. Se tudo correr bem durante a missão, deve haver energia propelente de controle de atitude suficiente e energia elétrica para a espaçonave continuar a retransmitir dados de volta à Terra por muitos anos (assim como Magalhães fez e as duas Voyagers ainda fazem). No entanto, as restrições orçamentárias podem limitar o tempo que a NASA é capaz de operar a espaçonave após o fim da missão em 2008. Cassini continuará orbitando Saturno até que a nave esteja sem propulsor.

Antes de ficar sem propulsor, os controladores de voo provavelmente colocarão a Cassini em uma órbita que minimiza suas chances de colidir com qualquer uma das luas por um longo tempo.

COMUNICAÇÕES E DADOS CIENTÍFICOS

95. Quanto tempo leva para um sinal de rádio viajar entre a Terra e Saturno?

Um sinal leva entre 70 e 90 minutos para chegar à Terra a partir de Saturno. O tempo exato depende das mudanças de localização da Terra e de Saturno em suas voltas orbitais ao redor do Sol. Ondas de rádio viajam à velocidade da luz, ou 300.000 km/s.

96. Alguma coisa foi aprendida com a falha da antena de alto ganho na espaçonave Galileu que alterou o design da antena de alto ganho da Cassini?

A antena de alto ganho (ou principal) da nave Galileu foi projetada para se desenrolar como um guarda-chuva enquanto voava para Júpiter. Quando os controladores de voo ordenaram que ele abrisse, ele abriu parcialmente, mas não o suficiente para que fosse útil transmitir dados entre a espaçonave e o solo. A missão Cassini já tinha planejado usar uma antena fixa antes da falha da antena dobrável de Galileu. A antena Cassini de alto ganho, que foi fornecida pela Agência Espacial Italiana, não tem peças móveis. A falha da antena de Galileu desencadeou uma análise intensa da espaçonave Cassini para evitar outros tipos de falhas mecânicas.

97. Quanta energia os transmissores de rádio da Cassini usaram?

Os transmissores de rádio da Cassini enviam cerca de 20 watts de potência — quase a mesma quantidade de energia necessária para operar a lâmpada de uma geladeira.

98. O que é a Deep Space Network?

A Deep Space Network (DSN, Rede de Espaço Profundo) é uma coleção de enormes antenas de rádio em forma de prato distribuídas ao redor do mundo que enviam e recebem mensagens de e para naves espaciais como a Cassini.

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A Cassini usará regularmente as maiores antenas da Deep Space Network, que têm 70 m de diâmetro — quase do tamanho de um campo de futebol. Os grandes pratos de rádio do DSN devem ser apontados dentro de uma pequena fração de um grau de localização de uma nave espacial para poder se comunicar com ela.

99. E se algo der errado com a nave espacial? Temos que esperar uma hora para saber sobre isso?

Sim, teríamos que esperar para saber sobre um problema, mas Cassini pode ser capaz de cuidar de si mesma enquanto isso. Muito planejamento tem sido feito para momentos em que as coisas não saem como planejado. Muitas das partes da Cassini têm backups que podem ser ativados da Terra, ou em alguns casos ligados automaticamente pela espaçonave.

Por exemplo, a Cassini tem dois receptores de rádio. Se algum falhar, os computadores da espaçonave perceberão que não tiveram notícias da Terra recentemente, e automaticamente mudarão para o receptor de backup para ouvir instruções adicionais.

As capacidades da Cassini para detectar e lidar com problemas por si só são coletivamente chamadas de “proteção contra falhas”.

100. Quantos dados científicos a Cassini vai enviar à Terra?

Em um dia agitado em Saturno, a Cassini poderia transmitir até 500 megabytes (500.000.000 bytes, ou cerca de um CD-ROM de informações para a Terra). Mais de 300 gigabytes de dados científicos serão enviados de volta à Terra durante a missão. Isso preencheria mais de 400 CD-ROMs — uma pilha de CDs que seria superior a 4 m. Trata-se também da quantidade de informações em 2.400 conjuntos da Enciclopédia Britânica.

101. Quantas fotos serão enviadas de volta da Cassini-Huygens?

Os engenheiros estimam que a missão Cassini retornará até um milhão de imagens de Saturno, dos anéis, de Titã e das outras luas. Isso inclui mais de mil imagens tiradas pela sonda Huygens de cenas nunca antes vistas pelo ser humano.