A 31 de Outubro de 1936, seis jovens funileiros apelidados de “Rocket Boys” quase se incineraram num esforço para se libertarem da gravidade da Terra. O grupo havia se amontoado em um barranco no sopé das montanhas San Gabriel, na Califórnia, para testar um pequeno motor a jato movido a álcool. Eles queriam provar que motores de foguetes podiam se aventurar no espaço, numa época em que tais idéias eram amplamente encontradas com o ridículo. Esse objetivo foi perturbado quando uma linha de oxigênio pegou fogo e se espalhou selvagemente, atirando chamas.
A audácia dos Rocket Boys chamou a atenção do aerodinamicista Theodore von Karman, que já trabalhava com dois deles na Caltech. Não muito longe do local do seu percalço ardente, ele estabeleceu uma pequena área de testes onde os Rocket Boys retomaram as suas experiências. Em 1943, o local tornou-se o Jet Propulsion Laboratory (JPL), e von Karman seu primeiro diretor. Desde então, o JPL cresceu até se tornar um centro de campo da NASA com milhares de funcionários, mas conseguiu manter sua motivação fundadora: testar os limites da exploração, que as convenções sejam condenadas.
Tiveram muitos sucessos ao longo dos anos. No início dos anos 70, os engenheiros da JPL construíram a Pioneer 10, a primeira nave espacial a atingir a velocidade de fuga do sistema solar. Alguns anos mais tarde, eles seguiram com os Voyagers 1 e 2, o mais rápido dos muitos objectos destinados ao espaço interestelar. Desde o início da Era Espacial até ao lançamento das naves espaciais Voyager – um período de apenas duas décadas – os cientistas de foguetes mais do que duplicaram a velocidade de voo. Mas nas décadas seguintes, apenas mais uma nave espacial seguiu os Voyagers para fora do sistema solar, e nada o fez a uma velocidade tão alta. Agora os rocketeers do JPL estão ficando inquietos novamente, e calmamente planejando o próximo grande salto.
O tema consistente dos novos esforços é que o sistema solar não é suficiente. É hora de se aventurar além dos planetas conhecidos, em direção às estrelas. John Brophy, engenheiro de voo da JPL, está a desenvolver um novo motor que poderá acelerar as viagens espaciais por outro factor de 10. Leon Alkalai, um arquiteto da missão JPL, está traçando uma jornada distante que começaria com um improvável mergulho Ícaro em direção ao sol. E o cientista de pesquisa JPL Slava Turyshev tem talvez a idéia mais selvagem de todas, um telescópio espacial que poderia fornecer um olhar íntimo sobre um planeta distante como a Terra – sem realmente ir lá.
Todos estes são planos longos (não totalmente loucos, de acordo com Brophy), mas se mesmo um tiver sucesso, as implicações serão enormes. Os Rocket Boys e os seus gangues ajudaram a lançar os humanos como uma espécie que vive no espaço. A geração atual no JPL poderia ser a que nos levaria interestelar.
Reacções de Rocket
Para Brophy, a inspiração veio de Breakthrough Starshot, um projecto extravagantemente ousado anunciado em 2016 pelo falecido Stephen Hawking e pelo bilionário russo Yuri Milner. O objetivo final do projeto é construir uma matriz de laser de 1,5 km de largura que possa explodir uma nave espacial miniatura a 20% da velocidade da luz, permitindo que ela alcance o sistema estelar Alfa Centauri (nosso vizinho estelar mais próximo) em apenas duas décadas.
Brophy estava cético, mas intrigado. As aspirações ambiciosas não são novidade para ele. “JPL encoraja as pessoas a pensar fora da caixa, e minhas idéias malucas estão ficando mais malucas com o tempo”, diz ele. Mesmo por esse padrão, o conceito Starshot pareceu-lhe um pouco distante demais da realidade tecnológica. Mas ele começou a se perguntar se ele poderia adotar o mesmo conceito, mas reduzi-lo para que ele pudesse ser realmente viável dentro de nossas vidas.
O que especialmente cativou Brophy foi a idéia de usar um raio laser estilo Starshot para ajudar a lidar com a “equação do foguete”, que liga o movimento de uma nave espacial à quantidade de propulsor que ela carrega. A equação do foguetão confronta todo o aspirante a explorador espacial com a sua lógica cruel. Se você quer ir mais rápido, você precisa de mais combustível, mas mais combustível adiciona massa. Mais massa significa que você precisa de ainda mais combustível para transportar em torno desse peso extra. Esse combustível torna a coisa toda ainda mais pesada, e assim por diante. É por isso que foi preciso um foguete de 1,4 milhões de quilos para lançar as sondas Voyager de 1.800 quilos: O peso inicial era quase totalmente combustível.
Desde os seus dias de estudante no final dos anos 70, Brophy tem desenvolvido um tipo de rocha muito mais eficiente conhecido como propulsão iónica. Um motor de íons usa energia elétrica para atirar átomos com carga positiva (chamados íons) de um propulsor a alta velocidade. Cada átomo fornece apenas um pequeno chute, mas coletivamente eles podem empurrar o foguete para uma velocidade muito maior do que um foguete químico convencional. Melhor ainda, a energia necessária para o funcionamento do motor iônico pode vir de painéis solares – não são necessários tanques de combustível ou geradores pesados a bordo. Apertando mais velocidade com menos propulsor, a propulsão iônica vai muito longe no sentido de domar a equação do foguete.
Mas os motores iônicos vêm com seus próprios inconvenientes. Quanto mais afastados estão do sol, mais limitados são pela quantidade de eletricidade que seus painéis solares podem gerar. Você pode fazer os painéis enormes, mas depois você adiciona muito peso, e a equação do foguetão bate em você novamente. E os motores de íons têm um impulso tão suave que não podem deixar o solo por conta própria; então leva muito tempo no espaço para acelerar até o seu recorde de velocidade. Brophy conhece bem estes problemas: Ele ajudou a desenhar o motor de iões a bordo da nave espacial Dawn da NASA, que acabou de completar uma missão de 11 anos ao asteróide Vesta e ao planeta anão Ceres. Mesmo com sua formidável extensão de 65 pés de células solares, Dawn passou de zero a 60 em quatro dias sem pressa.
Sobre o Prêmio
Embora Brophy estivesse ponderando este impasse entre motores eficientes e energia solar insuficiente, o conceito Breakthrough Starshot saiu, e fez com que as engrenagens girassem em sua cabeça. Ele se perguntou: E se você substituísse a luz solar por um raio laser de alta intensidade apontado para a sua nave espacial? Alimentado pelo laser mais eficiente, seu motor de íons poderia funcionar muito mais duro, enquanto ainda economiza peso por não ter que carregar sua fonte de energia a bordo.
Dois anos depois de sua epifania, Brophy está me dando uma visita a uma câmara de teste de tamanho SUV no JPL, onde ele coloca um motor de íons de alto desempenho através de seus passos. O seu protótipo utiliza iões de lítio, que são muito mais leves que os iões de xenon Dawn utilizados, e por isso precisam de menos energia para atingir velocidades mais elevadas. Ele também funciona a 6.000 volts em comparação com os 1.000 volts de Dawn. “O desempenho desta coisa seria muito surpreendente se você tivesse o laser para ligá-lo”, diz ele.
Existe apenas um pequeno problema: Esse laser não existe. Embora ele tenha reduzido drasticamente o conceito do Starshot, Brophy ainda prevê um sistema de laser baseado no espaço de 100 megawatts, gerando 1.000 vezes mais energia do que a Estação Espacial Internacional, visando precisamente uma espaçonave de rápido retorno. “Não temos certeza de como fazer isso”, ele admite. Seria, de longe, o maior projeto de engenharia fora do mundo já realizado. Uma vez construído, porém, o conjunto poderia ser usado várias vezes, com missões diferentes, como um impulsionador de foguetes para todos os fins.
Como exemplo, Brophy descreve uma espaçonave movida a íon-lítio com asas de 300 pés de painéis fotovoltaicos alimentando uma versão em tamanho real do motor que ele está desenvolvendo no JPL. O laser banharia os painéis em luz cem vezes mais brilhante do que o sol, mantendo o motor iônico funcionando daqui até Plutão, a cerca de 4 bilhões de milhas de distância. A espaçonave poderia então navegar em sua velocidade considerável, acumulando mais 4 bilhões de milhas por ano ou duas.
Nesse ritmo, uma espaçonave poderia rapidamente explorar as áreas sombrias de onde os cometas vêm, ou partir para o planeta 9 ainda não descoberto, ou ir … para quase qualquer lugar na vizinhança geral do sistema solar.
“É como se tivéssemos este novo martelo brilhante, então eu vou em busca de novos pregos para bater dentro”, diz Brophy sonhando. “Temos uma longa lista de missões que você poderia fazer se pudesse ir rápido.”
Poços Interstelares Médios
Após a genial tontura de Brophy, é um choque falar com Alkalai, encarregado de formular novas missões na Diretoria de Engenharia e Ciência da JPL. Sentado em seu grande e vítreo escritório, ele parece ser o administrador sem sentido, mas ele também é um homem com uma visão exploratória.
Como Brophy, Alkalai acha que o povo Breakthrough Starshot tem a visão certa, mas não tem paciência suficiente. “Não estamos nem perto de onde precisamos estar tecnologicamente para projetar uma missão para outra estrela”, diz ele. “Então precisamos começar dando passos de bebê”
Alkalai tem um passo específico em mente. Embora ainda não possamos visitar outra estrela, podemos enviar uma sonda para amostrar o meio interestelar, o gás e a poeira esparsa que flui entre as estrelas.
“Estou muito interessado em entender o material fora do sistema solar. Em última análise, fomos criados a partir disso. A vida originou-se dessas nuvens de poeira primordiais”, diz Alkalai. “Nós sabemos que há materiais orgânicos nele, mas de que tipo? Que abundância? Há moléculas de água dentro dele? Isso seria enorme para entender”
O meio interestelar permanece mal entendido porque nós não podemos pôr nossas mãos nisso: Uma explosão constante de partículas do sol – o vento solar – empurra-o para longe da Terra. Mas se pudéssemos chegar além da influência do Sol, a uma distância de 20 bilhões de milhas (cerca de 200 vezes a distância da Terra ao Sol), poderíamos finalmente examinar, pela primeira vez, amostras imaculadas da nossa galáxia natal.
Alkalai quer respostas, e quer ver os resultados em primeira mão. Ele tem 60 anos, o que estabelece um horário agressivo – não há tempo para esperar por lasers espaciais gigantes. Ao invés disso, ele propõe uma tecnologia mais simples, embora ainda não comprovada, conhecida como um foguete térmico solar. Ele carregaria um grande cache de hidrogênio líquido frio, protegido de alguma forma do calor do sol, e executaria um mergulho chocante a cerca de 1 milhão de milhas da superfície solar. Na aproximação mais próxima, o foguete deixaria o intenso calor solar entrar, talvez lançando um escudo. A energia do sol vaporizaria rapidamente o hidrogênio, fazendo-o sair correndo de um bico de foguete. O impulso combinado do hidrogênio em fuga, e a ajuda da própria gravidade do sol, deixaria a nave iniciar sua jornada interestelar a velocidades de até 60 milhas por segundo, mais rápido do que qualquer objeto humano ainda – e só fica mais rápido de lá.
“É muito desafiador, mas estamos modelando a física agora”, diz Alkalai. Ele espera começar a testar elementos de um sistema de rocha térmica este ano, e então desenvolver seu conceito em uma missão realista que poderia ser lançada na próxima década ou algo assim. Ele chegaria ao meio interestelar mais uma década depois disso. Além de amostrar nosso ambiente galáctico, tal sonda poderia examinar como o sol interage com o meio interestelar, estudar a estrutura da poeira no sistema solar e talvez visitar um planeta anão distante pelo caminho.
Seria uma viagem, diz Alkalai, “como nada que tenhamos feito no passado”.
Catch A Glimpse
Motores de foguetes solares térmicos e de iões laser, por mais impressionantes que sejam, ainda são absurdamente inadequados para atravessar o tremendo abismo entre o nosso sistema solar e os exoplanetas – planetas em órbita de outras estrelas. No espírito dos Rocket Boys, Turyshev não está deixando que o absurdo o detenha. Ele está desenvolvendo um trabalho astuto: uma missão virtual para outra estrela.
Turyshev me diz que quer enviar um telescópio espacial para uma região conhecida como a lente gravitacional solar (SGL). A área começa a uns assustadores 50 bilhões de milhas de distância, embora isso ainda seja centenas de vezes mais perto do que os nossos vizinhos estelares mais próximos. Quando se chega suficientemente longe na SGL, algo de maravilhoso acontece. Quando você olha para trás em direção ao sol, qualquer objeto diretamente atrás dele parece esticado, formando um anel, e enormemente ampliado. Esse anel é o resultado da intensa gravidade da nossa estrela, que empena o espaço como uma lente, alterando a aparência da luz do objeto distante.
Se você se posicionar corretamente dentro do SGL, o objeto sendo ampliado por trás do sol pode ser um intrigante exoplaneta. Um telescópio espacial flutuando na SGL, explica Turyshev, poderia então manobrar ao redor, sampleando diferentes partes do anel de luz e reconstruindo os trechos de luz dobrada em fotos megapixel do planeta em questão.
Tenho que interrompê-lo aqui. Ele disse megapixel, como a resolução que você tem no seu telefone com câmera? Sim, ele realmente está falando de uma imagem medindo 1.000 por 1.000 pixels, boa o suficiente para ver detalhes menores que 10 milhas de largura em um planeta a até 100 anos-luz (600 trilhões de milhas!) de distância.
“Poderíamos espreitar sob as nuvens e ver continentes. Poderíamos ver padrões meteorológicos e topografia, o que é muito emocionante”, diz Turyshev. Ele não menciona isso, mas não precisa: Esse tipo de resolução também poderia revelar megacidades ou outras estruturas artificiais gigantes, caso elas existam.
Assumindo que os boffins JPL podem resolver os problemas de transporte para chegar ao SGL, a missão em si é bastante simples, se bem que extremamente desafiadora. Turyshev e seus colaboradores (Alkalai entre eles) precisarão desenvolver um telescópio espacial de tamanho Hubble,
ou uma mini-frota de telescópios menores, que possam sobreviver à jornada de 30 anos. Eles precisarão aperfeiçoar uma inteligência artificial a bordo capaz de executar operações sem orientação de casa. Acima de tudo, eles precisarão de um alvo – um planeta tão intrigante que as pessoas estejam dispostas a gastar décadas e bilhões de dólares estudando-o. O telescópio espacial TESS da NASA está fazendo um pouco desse trabalho de reconhecimento agora mesmo, procurando por mundos de tamanho terrestre em torno de estrelas locais.
“Em última análise, para ver a vida em um exoplaneta, teremos que visitar. Mas uma missão de lente de gravidade permite que você estude alvos potenciais muitas décadas, se não séculos, antes”, diz Turyshev alegremente.
Uma viagem para o SGL nos levaria além dos passos de bebê de Alkalai, bem no caminho para a exploração interestelar. É outro objetivo audacioso, mas pelo menos as chances de pegar fogo são muito menores desta vez.
Corey S. Powell, um editor contribuinte da Discover, também escreve para o blog Out There da revista. Siga-o no Twitter: @coreyspowell. Esta história apareceu originalmente no prelo como “Boldly Go”.
