Plataformas de Lançamento Reutilizáveis na Lua: Como Engenheiros Planejam Construir a Primeira Infraestrutura Lunar

Por que construir pistas de pouso na Lua?

Para engenheiros, dados precisos são a base de qualquer construção duradoura. Até os arquitetos das Grandes Pirâmides do Egito sabiam que o calcário era um material estável, mesmo sem conhecerem formalmente sua resistência à compressão. No entanto, quando o desafio é construir em outros mundos, como a Lua, o cenário é completamente diferente. O conhecimento sobre os materiais locais, como o regolito lunar, ainda é escasso.

Devido ao custo astronômico de transportar materiais da Terra, torna-se essencial aprender a usar os recursos disponíveis in-situ. Isso é especialmente crítico para a construção de infraestruturas como plataformas de lançamento e pouso, projetadas para suportar foguetes massivos em missões de reabastecimento. Um novo estudo da Universidade Purdue, liderado pela engenheira Shirley Dyke, explora como construir essas plataformas com conhecimento mínimo sobre as propriedades do solo lunar.

A necessidade de uma plataforma de lançamento pode não ser óbvia. Afinal, por que um foguete avançado como o Starship não poderia simplesmente pousar em qualquer área plana? A resposta está na pluma de seus retrofoguetes. A força do motor levantaria uma nuvem massiva de poeira e rochas em alta velocidade, um verdadeiro “jato de areia” cósmico que poderia danificar não apenas estruturas próximas, como uma base lunar, mas também o próprio foguete.

Para evitar esse risco, os projetistas de missões concordam que uma plataforma de pouso estruturada é fundamental, semelhante às que usamos na Terra. Embora acidentes possam ocorrer, como o que danificou uma plataforma na Rússia, as estruturas terrestres são bem compreendidas e servem como a espinha dorsal dos lançamentos espaciais há décadas. O grande desafio é: como replicar essa tecnologia usando materiais lunares?

O Desafio de Construir com Regolito Lunar

Construir na Lua não é como construir na Terra. A ideia de enviar cimento ou outros materiais de construção é financeiramente inviável. A solução está no regolito, a camada de poeira, solo e rochas fragmentadas que cobre a superfície lunar. O método preferido para transformá-lo em uma estrutura sólida e coesa é a sinterização.

A sinterização funciona como uma espécie de “impressão 3D” com calor. Um laser de alta potência ou micro-ondas derretem o regolito, fundindo as partículas para criar uma camada sólida e resistente, quase como uma cerâmica. No entanto, como aponta a Dra. Dyke, ainda há muito que não sabemos sobre as propriedades mecânicas do regolito sinterizado.

Muitos podem perguntar: por que não usar simulantes de regolito aqui na Terra para testes? Esses materiais, que imitam a composição do solo lunar, já foram usados para diversos experimentos. Contudo, a Dra. Dyke adverte que “simulantes são chamados de simulantes por um motivo”. As condições únicas da Lua — como a baixa gravidade e o vácuo — alteram drasticamente o comportamento dos materiais. A única forma de ter certeza é testando diretamente no local.

As Forças Ocultas: Estresse Térmico e Mecânico

Dois fatores principais governam o projeto de uma plataforma lunar: suas propriedades mecânicas (como ela reage à força) e térmicas (como ela se expande ou contrai com a temperatura). Embora muito seja desconhecido, os pesquisadores estimam que o regolito sinterizado será um material quebradiço, mais fraco quando tracionado (puxado) do que quando comprimido (empurrado).

Outra característica esperada é seu alto poder de isolamento térmico. Isso significa que o calor intenso do motor de um foguete aqueceria apenas a camada superficial da plataforma, talvez os 8 centímetros superiores. O problema é que esse aquecimento e resfriamento rápidos a cada lançamento podem causar rachaduras, comprometendo a estrutura ao longo do tempo.

Mas o estresse não vem apenas dos foguetes. O ciclo de dia e noite lunar, que dura 28 dias terrestres, impõe variações de temperatura extremas, de mais de 120°C durante o dia a -170°C à noite. Essa oscilação faz com que a plataforma se expanda e contraia constantemente. Se a temperatura não se distribuir uniformemente, a camada superior quente pode se expandir mais que a inferior fria, fazendo com que a placa inteira se curve e, eventualmente, frature.

Considerando esses fatores, a equipe de Purdue sugere que, para um foguete de 50 toneladas, a plataforma deveria ter cerca de 33 centímetros de espessura. Aumentar essa espessura para criar uma margem de segurança, na verdade, seria contraproducente. Uma plataforma mais espessa seria mais suscetível a fraturas por estresse térmico, falhando mais rapidamente.

Falhas Esperadas e o Papel dos Robôs

Alguns tipos de falha são considerados inevitáveis. Um deles é o spalling, um processo onde pequenas lascas da superfície se desprendem devido à expansão e contração térmica. Embora a plataforma possa ser projetada para manter sua integridade geral, o acúmulo desses danos, lançamento após lançamento, pode degradar sua capacidade de suportar foguetes.

A maior preocupação, no entanto, é a fratura completa da plataforma. Isso pode ser causado pelo estresse térmico, pela degradação por spalling ou até mesmo por um pouso malsucedido. Com tantas incertezas, a equipe da Dra. Dyke propõe um plano claro: testes in-situ.

As primeiras missões de retorno à Lua, como as do programa Artemis, não construirão imediatamente uma plataforma definitiva. Em vez disso, elas coletarão dados cruciais sobre os materiais e realizarão testes nas condições reais de gravidade e atmosfera lunar. Uma vez que a primeira plataforma seja construída, ela será equipada com sensores para monitorar sua deformação sob carga e durante os ciclos térmicos. Esse conhecimento permitirá prever a formação de rachaduras e desenvolver estratégias de mitigação.

A construção e manutenção dessas estruturas não serão realizadas por humanos. O trabalho em um traje espacial volumoso é complexo e arriscado. Portanto, robôs, operados remotamente ou totalmente autônomos, serão absolutamente essenciais para construir e reparar as futuras plataformas de lançamento lunares.

A primeira plataforma ainda está a anos de distância, mas a cada nova missão, os engenheiros na Terra obterão os dados necessários para refinar seus modelos. O processo iterativo de testar, aprender e projetar é o que, no final, nos dará um ponto de entrada seguro e sustentável para o nosso vizinho cósmico.

E não se esqueça, mantenha sempre seus olhos no céu!

Perguntas frequentes

O que é regolito lunar?
É a camada de poeira, solo e fragmentos de rocha que cobre a superfície da Lua. É o principal material que os cientistas planejam usar para construções lunares, evitando a necessidade de transportar materiais da Terra.

O que é sinterização?
É um processo que usa calor, geralmente de um laser ou micro-ondas, para fundir partículas de um material como o regolito. Isso cria uma estrutura sólida e resistente, semelhante a uma cerâmica, ideal para construir plataformas de pouso.

Por que não podemos simplesmente pousar na superfície da Lua?
Pousar diretamente na superfície levantaria uma nuvem de poeira e detritos em alta velocidade que poderia danificar o foguete e qualquer equipamento próximo. Uma plataforma de pouso protege contra esse efeito.

Robôs farão toda a construção?
Sim, a expectativa é que robôs autônomos ou teleoperados realizem a maior parte da construção e manutenção. O trabalho manual por astronautas em trajes espaciais é muito complexo e arriscado para esse tipo de tarefa.

Quando teremos a primeira plataforma de pouso na Lua?
Ainda levará alguns anos. As primeiras missões do programa Artemis se concentrarão em coletar mais dados sobre o ambiente e os materiais lunares. Esses dados são essenciais para projetar e construir uma plataforma segura e durável.

Referências

https://www.nasa.gov/artemis-program
https://www.nasa.gov/mission/lunar-reconnaissance-orbiter
https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/Moon_activities
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S009457652300322X