A montagem de uma nave espacial é um processo complexo que exige materiais pouco comuns. Para garantir o sucesso das missões da Agência Espacial Europeia (ESA), os investigadores da Secção de Materiais, Ambientes e Controlo de Contaminação investigam e testam materiais para assegurar a sua resistência ao ambiente hostil do espaço. A secção conta com o apoio de muitos jovens investigadores, que trazem ideias inovadoras.
Vácuo, temperaturas extremas e radiação agressiva – os engenheiros que projectam naves espaciais precisam de poder confiar em materiais capazes de resistir a estas condições extremas.
Na Secção de Materiais, Ambientes e Controlo de Contaminação da ESA, investigadores, estagiários graduados da ESA (EGTs), estagiários nacionais e investigadores visitantes apoiados pelo programa Discovery da ESA trabalham em conjunto para testar estes materiais resistentes ao ambiente espacial.
“A nossa secção estuda os desafios impostos aos materiais pelo ambiente espacial”, explica a engenheira de materiais e processos Malgorzata Holynska.
“São principalmente as partes não metálicas expostas das naves espaciais que são afectadas por todos os fatores hostis do ambiente espacial, e a sua degradação pode levar a problemas de desempenho”.
Os investigadores não só preparam o terreno para futuras missões espaciais, como também conduzem pesquisas internas para expandir os limites do conhecimento na área.
“Temos muitos jovens investigadores talentosos na nossa secção. Todos eles fazem parte do nosso Fórum de Investigadores – um grupo que se reúne regularmente para discutir os seus trabalhos, fornecer feedback e gerar novas ideias”, acrescenta Malgorzata.
Detecção de contaminação por laser
A investigadora graduada da ESA, Sarah Krahl, não se consegue imaginar no futuro sem trabalhar em ambiente laboratorial. “Uma das minhas maiores paixões é estar num laboratório, a conduzir investigação e experiências“, afirma.
“Estar rodeada de investigação de ponta e mentes inovadoras, compostas por especialistas de renome mundial, fortaleceu não só as minhas competências técnicas, como também me permitiu aprofundar tópicos relevantes que contribuem para desafios reais das missões.”
Sarah estuda a contaminação induzida por laser (LIC, na sigla em inglês) – um problema enfrentado pelos sistemas ópticos que utilizam lasers de alta potência na gama do ultravioleta.
“Os lasers ultravioleta de alta potência são utilizados em missões de detecção e alcance por luz (lidar), de que o Aeolus é um exemplo famoso“, explica. “A vida útil e a fiabilidade dos sistemas ópticos são directamente afectadas por pequenas quantidades de contaminantes libertados – moléculas de gases aprisionados que são libertadas dos materiais sob vácuo e se condensam em superfícies frias, como espelhos ou lentes.”
Para estudar o comportamento de moléculas desgaseificadas que estiveram em contacto com um laser UV de alta potência, Sarah utiliza a Instalação de Efeitos Ambientais Induzidos por Radiação (RIEEF, Radiation Induced Environmental Effects Facility) nos Laboratórios de Materiais e Componentes.
Protegendo as naves espaciais do gelo
“Estar no centro da intersecção de muitas disciplinas da engenharia permite-me ter contacto com uma vasta rede de investigadores avançados”, afirma Alex Laroche, investigador interno.
“O meu objectivo é utilizar métodos científicos para resolver problemas do mundo real e compreender anomalias observadas em aplicações aeroespaciais.”
O objecivo da bolsa de investigação de Alex é utilizar a modelação e a experimentação para melhorar a nossa compreensão de como a água se comporta como contaminante dentro e à volta das naves espaciais.
“É irónico como a água, tão essencial para a vida, tende a obscurecer a nossa busca por ela”, afirma. “A contaminação por gelo de água em superfícies importantes de naves espaciais é um obstáculo, especialmente para missões científicas como a Euclid ou a Gaia, e os modelos de contaminação atuais não conseguem prevê-la com precisão suficiente”.
Alex melhora os modelos de contaminação para poupar tempo e energia valiosos para futuras missões.
Estudando os efeitos da poeira lunar
“Nunca tinha trabalhado num laboratório, pelo que o meu projeto de investigação na ESA tem sido uma óptima experiência de aprendizagem”, afirma Corinne Barker, estagiária da ESA.
“Tenho a oportunidade de trabalhar com uma equipa fantástica que acolhe as minhas perguntas e partilha os seus conhecimentos comigo. Ganhei muita experiência a trabalhar em diferentes projetos, incluindo a experiência Euro Material Ageing (EMA) – uma coleção de amostras de materiais que foram expostas ao ambiente espacial no exterior da Estação Espacial Internacional durante um ano.”
No seu projecto, Corinne estuda a forma como a poeira lunar afeta os materiais na Lua. “A poeira lunar é adesiva e abrasiva – o que significa que pode aderir facilmente aos materiais e danificá-los”, explica. “Pode causar degradação visível em painéis solares, instrumentos ópticos ou materiais de protecção, incluindo fatos espaciais”.
Corinne utiliza partículas de poeira lunar simuladas e estuda a força com que aderem a diferentes materiais, medindo a força entre as partículas de poeira e uma ponta retrátil utilizando um instrumento dentro de um microscópio eletrónico de varrimento (MEV).
Identificação de novos materiais à prova de espaço
O estagiário da ESA, Léo Fournier, está a avaliar materiais alternativos para aplicações espaciais críticas.
“Durante o meu estágio, estou a adquirir experiência prática em sustentabilidade e ecodesign para missões espaciais e a contribuir para a conformidade ambiental da ESA ao analisar substâncias perigosas em materiais utilizados em missões”, afirma.
“Os têxteis espaciais são tão amplamente utilizados nas naves espaciais que são essenciais para o sucesso das missões. A sua exposição constante ao ambiente hostil do espaço significa que até mesmo pequenas alterações no processo de fabrico ou na cadeia de abastecimento podem afectar o seu desempenho a longo prazo”.
Para garantir que os têxteis atualizados continuam a cumprir os requisitos das missões, Léo avalia o seu comportamento através de um cenário completo de exposição espacial. Isto inclui ciclos térmicos e de vácuo, radiação ultravioleta (UV) e ultravioleta a vácuo (VUV), exposição a oxigénio atómico e avaliações de desgaseificação, com inspecções realizadas após cada etapa para monitorizar a evolução dos tecidos.
Proteção de naves espaciais contra oxigénio reativo
O estagiário nacional Maciej Skorupski estuda a forma como os materiais no espaço são danificados pelo oxigénio atómico – átomos de oxigénio individuais altamente reativos.
“Tenho a oportunidade única de operar a única instalação de oxigénio atómico na Europa”, afirma. “Ter acesso a instrumentos de última geração e adquirir experiência nos laboratórios da ESA ajuda-me a alcançar o meu objectivo de carreira: contribuir para a exploração espacial humana através da engenharia de materiais.”
Na alta atmosfera, a luz ultravioleta decompõe o oxigénio molecular em dois átomos altamente reativos. “O oxigénio atómico é um dos factores ambientais mais agressivos que afectam os materiais das naves espaciais em órbita terrestre baixa”, explica Maciej. “Corrói polímeros, degrada revestimentos protectores e altera a química da superfície, levando à redução do desempenho ou à falha prematura dos componentes da nave espacial”.
Com a Instalação de Órbita Terrestre Baixa (LEOX) da ESA, Maciej replica as condições orbitais reais, gerando oxigénio atómico a uma velocidade muito elevada. O seu trabalho centra-se na compreensão dos mecanismos de erosão e na avaliação da durabilidade dos materiais candidatos, fornecendo dados essenciais para o projeto de naves espaciais mais robustas e para melhorar a fiabilidade das missões a longo prazo.
“É óptimo ver o entusiasmo e o empenho dos nossos investigadores”, observa Adrian Tighe, chefe de secção. “Têm acesso exclusivo aos equipamentos de alta tecnologia dos nossos laboratórios e nós aprendemos com as suas ideias inovadoras – é uma situação vantajosa para todos. Desejamos a todos os nossos investigadores muito sucesso nas suas futuras carreiras e esperamos que se tenham inspirado durante o tempo que passaram connosco.”
Texto original: The young minds space-proofing ESA’s missions
Texto e imagens: ESA
Tradução automática via Google
Edição: Rui Barbosa