Espaço

Gerador de oxigênio atômico simula fenômeno que destrói naves

Com informações da ESA -  14/06/2017

Gerador de oxigênio atômico será usado para testar estruturas e materiais para uso no espaço. [Imagem: ESA]

Oxigênio atômico

A ESA (Agência Espacial Europeia) começou a operar um novo simulador que dispara um laser para gerar um tipo de oxigênio normalmente encontrado apenas em órbita da Terra e conhecido por corroer superfícies de satélites e naves espaciais.

O simulador é o mais novo equipamento do Laboratório de Materiais e Componentes Elétricos, na Holanda, dedicado à simulação de todos os aspectos do ambiente espacial.

Com ele torna-se possível reproduzir um fenômeno que permaneceu desconhecido durante as primeiras décadas da era espacial. Foi apenas quando os primeiros ônibus espaciais retornaram da órbita baixa, no início dos anos 80, que os engenheiros tiveram um choque: os cobertores térmicos da aeronave haviam sido severamente corroídos por algo que não poderia ser o calor da reentrada.

Os estudos posteriores revelaram que o culpado era o oxigênio atômico altamente reativo - átomos individuais de oxigênio nas margens da atmosfera, resultantes da quebra de moléculas de oxigênio padrão, como as que respiramos, pela radiação ultravioleta do Sol.

A extensão precisa dos efeitos do oxigênio atômico varia ao longo dos 11 anos do ciclo solar.

A cauda do ônibus espacial Endeavour brilha pelo impacto do oxigênio atômico. Os ônibus espaciais foram cruciais para a descoberta de mais esse fenômeno do clima espacial. [Imagem: NASA]

Feixe em velocidade orbital

Hoje, todas as missões abaixo de 1.000 km de altitude são projetadas para resistir ao oxigênio atômico, tais como os satélites de observação da Terra.

O gerador anterior de oxigênio atômico da ESA, chamado ATOX, foi construído para estudar materiais para a Estação Espacial Internacional, mas ele próprio já estava desgastado pelo tempo.

"O nosso novo LEOX (Low Earth Orbit Facility - Instalação Terrestre de Órbita Baixa), foi ligado pela primeira vez após dois anos de preparação," contou o pesquisador Christopher Semprimoschnig. "Tem sido um desafio projetar e construir [o equipamento] porque o que temos de fazer é reproduzir algo que simplesmente não existe na Terra."

O LEOX gera oxigênio atômico em níveis de energia equivalentes à velocidade orbital - 7,8 km/s - para simular o ambiente espacial o mais próximo possível.

"As amostras de teste em que trabalhamos confirmaram que a nova instalação está funcionando bem porque, numa escala microscópica, parecem-se com materiais que realmente recuperamos de órbita no passado, como no Telescópio Espacial Hubble, no transportador recuperável Eureca e na própria Estação Espacial," contou Semprimoschnig.

Microscopia eletrônica da erosão causada pelo oxigênio atômico em uma amostra de Kapton, material usado no isolamento térmico de satélites. [Imagem: ESA]

Gerador de oxigênio atômico

O laboratório começa a funcionar com oxigênio molecular purificado, injetado em uma câmara de vácuo com um feixe de laser pulsante focado sobre ele. Com um flash roxo cada vez que o laser é disparado, o oxigênio é convertido em um plasma quente, cuja expansão rápida é canalizada ao longo de um bocal cônico. É daí que as moléculas se dissociam e formam um feixe altamente energético de oxigênio atômico, que pode ser dirigido ao material a ser testado.

Para trabalhar de forma confiável durante um teste, que tipicamente dura várias horas, o tempo do laser deve permanecer preciso à escala de milésimos de segundo e direcionado para um ponto com uma precisão medida em milésimos de milímetro.

"O LEOX incorpora várias melhorias em relação ao seu predecessor, incluindo o fato de que a instalação incorpora um espectrômetro de massa, de maneira que podemos realmente validar, momento a momento, à medida que um teste decorre, que estamos realmente produzindo oxigênio atômico puro e evitando qualquer contaminação.

"Além disso, o equipamento é modular, o que nos permite transferir uma amostra do LEOX para outros equipamentos do laboratório, como o nosso foto-espectrômetro de raios X (XPS), para medir os primeiros nanômetros da superfície da amostra - tudo sem retirá-la do vácuo," contou Semprimoschnig.

O LEOX será agora usado para testar materiais candidatos para uma grande variedade de missões de órbita baixa, incluindo aquelas que chegam o mais próximo possível do topo da atmosfera e, potencialmente, missões a outros mundos, tal como a missão Juice, a Júpiter - especula-se que o topo da atmosfera de Ganimedes também possua oxigênio atômico.