Reconhecer... MARTE.

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1 Reconhecer... MARTE

2 A missão MRO (Mars Reconessaince Orbiter) é a nova missão da NASA para o planeta vermelho. Esta missão foi lançada a 12 de Agosto de 2005 ás 13.43h. Foi através de um lançador ATLAS V-401, o mais potente da sua família, na base de Cabo Canaveral, nos Estados Unidos.

3 A sua missão está prevista durar dois anos à volta de Marte, de Novembro de 2006 a Novembro de 2008, e mais dois anos como satélite de comunicações, servindo como ajuda de navegação e aproximação a futuras sondas. A Missão está destinada acabar em Dezembro de 2010, mas em caso de necessidade a NASA pode prolongar a missão por mais cinco anos.

4 O custo total da sonda é de 720 milhões de dólares.

5 A sonda pesa 2180 quilos ( duas vezes a MGS ) e com uma carga útil de 139 quilos, constituídos por seis equipamentos científicos. Mede 6,5 metros de altura e 13,6 metros de largura, com os painéis solares. Objectivos da missão

6 1º Objectivo Determinar se já despontou vida em Marte.
Com os novos conhecimentos revelados pelos ROVERS, que concluíram da existência passada de grandes massas de água em Marte, pretende-se saber agora se esta ainda existe por baixo da superfície Marciana e se terá tido condições para o desenvolvimento de vida. Possui, para esta pesquisa, de um equipamento que irá procurar detectar sinais de água debaixo da superfície de Marte.

7 2º Objectivo Caracterizar o clima em Marte.
Marte, no passado, pode ter tido uma fina e húmida camada de atmosfera. Irá procurar vestígios de água, nos estados liquido ou sólido, por baixo da crosta. Irá explorar a crosta, as calotes polares e o terreno circundante a estas. Outro ponto, será a quantificação de quanta poeira e água é transformada na sua atmosfera. Juntamente com dados de missões anteriores, irá recriar o clima de Marte diário, sazonal e anual.

8 3º Objectivo Caracterizar a geologia em Marte.
Nos estratos da superfície de Marte, assim como na Terra, está gravada a sua história. Irá procurar água, através de vestígios geológicos, nalgum passado de Marte.

9 4º Objectivo Preparar a exploração a Marte.
Com os novos modelos de câmaras que possui, tem a capacidade de pesquisar rochas com 3 a 4 pés de diâmetro. Com esta capacidade de resolução, será possível identificar locais propícios para estudos científicos, e seguras para futuras missões tripuladas. Poderá mesmo observar a rocha YOGI ( Missão Mars Pathfinder) ou mesmo a sonda Viking 1.

10 A sua viagem através do espaço interplanetário demorará sete meses, onde percorrerá 500 milhões de quilómetros. Chegará á órbita de Marte em Março de 2006.

11 Ao chegar a Marte, serão necessários seis meses para colocar a sonda na sua posição de cartografia. Através de um método designado por “Travagem atmosférica”. Quando atingir a sua órbita final, entre os 255 e 320 quilómetros, com um período de revolução de duas horas, será considerada como uma nave, derivado á sua órbita extremamente baixa.

12 A nave, completamente carregada não pôde ultrapassar os 2180 quilos, ou o foguetão Atlas V não o conseguia lançar na sua missão. Todos os sistemas e equipamentos a bordo pesam 1031 quilos, de forma a deixar espaço para 1149 quilos de combustível para correcções de trajectória e manter a nave na sua trajectória.

13 Atlas-Centaur V-401 O “Atlas” – 1º Estágio, é propulsionado por oxigénio liquido e RP-1 ( semelhante ao querosene) e utiliza um motor fornecido pela Russia, o RD-180. O seu peso total é de aproximadamente quilos no lançamento. Irá trabalhar durante quatro minutos, fornecendo um total de 400 toneladas de impulso. Durante esta fase, o foguetão acelerá para velocidades supersónicas de cerca de metros por segundo

14 Depois da queima do primeiro estágio efectuada, este é libertado (chamada de “BOOSTER ENGINE CUT-OFF” ou “BECO”). Cai em direcção à Terra, para o Oceano Atlântico. Neste momento a nave encontra-se a 112 quilómetros acima da superfície terrestre.

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16 O “Centaur” é um sofisticado estágio superior pois pode controlar a sua orientação com grande precisão. È muito importante para o controlo de direcção da potência durante a ascensão, assim como de prevenir que a luz do Sol incida directamente nas câmaras e sensores da sonda que se podem danificar com uma grande intensidade de luz. O estágio “Centaur” é impulsionado por Oxigénio liquido e Hidrogénio liquido, que providenciam a restante energia necessária para impulsionar a nave rumo a Marte Este estágio reconhece a sua posição relativa em relação ao Sol e possui programas de computador a bordo que automaticamente controlam a orientação da nave em relação a este. Como a posição relativa do Sol em relação à nave é diferente em cada dia do período de lançamento, estes programas de computador têm que ser actualizados no caso do lançamento não ocorrer no primeiro dia previsto e todos os dias em que tal não suceda.

17 O estágio “Centaur”, ao contrário do “Atlas”, dispara duas vezes
O estágio “Centaur”, ao contrário do “Atlas”, dispara duas vezes. A primeira pouco tempo após a separação do primeiro estágio (“Atlas”) para enviar a sonda para uma órbita estacionária de cerca de 185 quilómetros de altitude. Esta primeira impulsão durará perto de nove minutos e meio. O “Centaur” permanecerá nesta órbita estacionária até atingir um ponto sobre o Oceano Indico onde dispara o seu motor novamente para retirar a sonda da gravidade terrestre em direcção a Marte. O espaço entre as duas ignições é de cerca de 33 minutos. Durante o tempo que permanece na órbita estacionária, o “Centaur” aponta a sonda ( já sem o escudo de protecção) em direcção ao Sol e vai lentamente rodando todo o conjunto ao longo do seu eixo para manter um controlo de temperatura nivelado em toda a nave. Depois da segunda ignição ( com cerca de 10 minutos de duração) o “Centaur” automaticamente liberta a cinta de grampos que prende a sonda ao estágio e realiza a separação. Esta dá-se quando se encontram a Noroeste da Austrália. Depois de um curto período de tempo em que a nave se afasta do estágio “Centaur”, este realiza uma manobra que o afastará do caminho da sonda. Esta manobra é de vital importância pois o estágio “Centaur” pode seguir a sonda, colidir com esta ou cair em Marte. Pouco após a ignição do estágio “Centaur”, este escudo não é mais necessário pelo que é separado em duas conchas por rebites explosivos e ejectada. Esta operação é totalmente controlada pelos computadores no estágio “Centaur”. As conchas irão cair em direcção ao Oceano também.

18 A “MRO” vai protegida por um escudo em forma de cone no nariz do foguetão. Com um diâmetro de 4 metros pesa tanto como a sonda (2.180 quilos). Este escudo protege a sonda das condições meteorológicas no local de lançamento, assim como da nossa atmosfera durante o vôo. Quando o foguetão se encontra na plataforma de lançamento, a nave é injectada com ar condicionado para controlar a temperatura interior, do pó e sujidade. Como a nave tem de caber neste espaço durante o lançamento, as partes maiores, como a antena de alto ganho e os paineis solares são desenhados para se dobrarem sobre si mesmos. Assim que a sonda fôr libertada do estágio impulsionador, deverá abrir os paineis solares para começar logo a produzir energia. A antena de alto ganho também se desdobrará nesta mesma altura.

19 Configuração de lançamento

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21 A Sonda

22 Quando completamente montada e abastecida, esta não deverá pesar mais que quilos ou o foguetão “Atlas- Centaur” não conseguirá colocá-la em órbita perfeita. Todos os subsistemas e instrumentos de bordo deverão pesar menos que 1031 quilos para deixar espaço para 1149 quilos de combustível para manobras de correcção de trajectórias que manterão a sonda no rumo durante a viagem para Marte e para ignições para a colocar em órbita do planeta vermelho. A principal parte da sonda é o seu esqueleto. A estrutura à volta da qual se colocarão todos os instrumentos científicos e computadores da sonda. Terá que ser forte o suficiente para sobreviver ao lançamento quando as forças poderão exceder os 5 G’s ( 5 vezes a gravidade terrestre). Isto quer dizer que se terá de construir a sonda como se pesasse mais cinco vezes do que realmente ela pesa. São utilizados materiais extremamente leves mas resistentes na sua construção incluindo o Titânio, compósitos de carbono e estruturas de alumínio.

23 A única fonte de energia da “MRO” provém do Sol
A única fonte de energia da “MRO” provém do Sol. Em lados opostos e com capacidade de mudar de posição para permitir seguir o Sol continuadamente estão dois painéis solares com uma área de 10 metros quadrados cada, contendo 3744 células individuais. Estas são capazes de converter 26% da luz Solar directamente em energia. Estão ligadas em série , produzindo assim uma corrente de 32 Volts. Em Marte, os dois painéis juntos produzirão 1000 Watts de potência. Durante a reentrada, os painéis solares terão um importante papel a desempenhar. Assim que a sonda passar através das camadas da alta atmosfera de Marte, os largos e finos painéis irão actuar como pára-quedas para reduzir a velocidade e o tamanho da órbita da sonda. A fricção com a atmosfera durante a reentrada irá aquecer os painéis, tendo sido estes desenhados para suportar temperaturas na ordem dos 200 graus Celsius. Durante o período nocturno, são utilizadas baterias para alimentar os equipamentos. As baterias são carregadas durante o dia. A “MRO” utiliza duas baterias recarregáveis de níquel -hidrogénio, cada uma com capacidade de 50 amperes hora. A 32 Volts dá 1600 Watts numa hora.

24 A nave não pode utilizar toda a energia, porque sempre que descarrega as baterias a sua voltagem desce. Se esta descer abaixo dos 20 Volts, os computadores não funcionarão. Por segurança, apenas 40% da capacidade das baterias será usada.

25 Comunicações

26 A “MRO” possui três antenas. Uma de alto ganho e duas de pequena ganho.
A Antena de alto ganho é um disco com três metros de diâmetro que servirá para enviar e receber dados a alta velocidade. Esta deve estar correctamente alinhada para a Terra utilizando para isso pequenos actuadores que a posicionam. A Antena é desdobrada pouco tempo após o lançamento e irá permanecer assim o resto da missão, sendo o principal meio de comunicação da sonda de e para a Terra. O sistema de comunicação é um projecto inovador para futuras missões. Será um sistema de “Internet planetária”, utilizando para isto uma frequência nova, a banda Ka. Demonstrará uma maior performance com muito menos consumo de energia. Utilizando esta banda do espectro rádio, a sua frequência de transmissão aumentará dos 8 Gigahertz utilizados pela banda X actualmente para os 32 Gigahertz.

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28 A MRO planeia enviar para a Terra 3 vezes mais dados que as cinco anteriores missões juntas
As antenas de baixo ganho são duas e utilizadas para comunicações de baixas frequências, especialmente emergências ou eventos especiais, como o lançamento ou a inserção orbital em Marte. A transmissão de dados é mais baixa porque o feixe de rádio é mais largo do que o da antena de alto ganho, por isso menos sinal atinge o nosso planeta. Estas antenas estão montadas no disco da antena de alto ganho, uma à frente e outra atrás. Apesar destas não necessitarem de um alinhamento perfeito, movem-se com esta.

29 Amplificadores Localizados na parte traseira da antena de alto ganho, amplificam o sinal de rádio para que estes sejam fortes o suficiente para serem recebidos em Terra. São três amplificadores. Dois para as frequências de rádio na banda X ( um segundo amplificador serve de reserva no caso do primeiro falhar). O terceiro é para a banda Ka capaz de transmitir a 35 Watts.

30 Transmissão/Recepção – Transformam os sinais eléctricos digitais em sinais rádio para enviar dados para a Terra e ao contrário para receber comandos do nosso planeta. Resposta – Ouve e detecta sinais enviados do nosso planeta ao qual automaticamente responde Navegação – Transmite diversos tipos de sinais que fornecem pistas de navegação, para que os navegadores em Terra possam calcular com precisão a velocidade da sonda e a sua trajectória Transponders A “MRO” transporta dois transponders que são emissores/receptores especiais desenhados para comunicações de longo alcance no espaço. O segundo transponder serve de reserva ao primeiro em caso de falha. Possuem diversas funções.

31 Mecanismos Existem três principais mecanismos na “MRO”. Um que permite alinhar a antena de alto ganho para a Terra e outros dois que apontam os painéis solares para a nossa estrela, o Sol. Cada um destes mecanismos – ou actuadores – podem mover-se nos dois eixos, como o pulso, permite o movimento esquerda e direita e cima/baixo. Enquanto orbitar Marte, estes actuadores permitirão o alinhamento correcto dos painéis e da Antena de alto ganho

32 Ciência

33 HIRISE (High Resolution Imaging Science Experiment)
Uma câmara no visível que permite observar objectos em pequena escala nas diversas formas geológicas em Marte. Irá fotografar centenas de objectivos científicos num detalhe nunca antes atingido. Estes objectivos foram seleccionados através de uma base de dados enviados pela Mars Global Surveyor (MGS), Mars Odyssey (MO) e outras missões planetárias.

34 CTX (Contex Camera) Esta câmara irá obter fotografias panorâmicas para auxiliar as análises de alta resolução das zonas a serem estudadas pelas câmaras “HIRISE” e “CRISM”, obtendo assim um contexto alargado geral. Esta câmara possui uma resolução de 8 metros por pixel.

35 MARCI (Mars Color Image)
Esta é uma câmara atmosférica que irá monitorizar as nuvens e as tempestades de pó. Irá produzir um mapa global que irá caracterizar diariamente, sazonalmente e anualmente as variações climáticas em Marte. Irá observar os processos que formam as tempestades de pó e as mudanças das calotes polares marcianas. Adicionalmente irá efectuar observações ultravioletas em duas bandas e detectar variações no Ozono, pó e dióxido de Carbono na atmosfera de Marte

36 Estas três câmaras em conjunto serão uma poderosa ferramenta
Estas três câmaras em conjunto serão uma poderosa ferramenta. Por exemplo, muitas das camadas de terreno observadas pela “Mars Orbital Camera” da “MGS” podem ser depósitos de sedimentos de água. Mas podem também ser de lavas vulcânicas, cinzas ou sedimentos transportados pelo vento. Combinando informação em estratos menores através da HIRISE, o contexto geológico do CTX e a informação mineralógica do “CRISM” será possível distinguir entre eles

37 (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars)
CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) Este espectrómetro estuda através da luz visivél e perto do infravermelho, transformando uma foto em centenas de cores que identificam os minerais, especialmente aqueles formados na presença de água, durante primaveras quentes, ventos termais ou lagos e correntes no passado da história de Marte.

38 (Mars Climate Sounder)
Este instrumento efectua medidas na temperatura ou composição da atmosfera em relação ao seu peso, observando esta em 9 canais diferentes do espectro. Um destes é utilizado para compreender a interacção da energia solar com a atmosfera e superfície de Marte. Este equipamento observa a linha do horizonte de Marte e efectua estas medições na vertical. Estas são depois combinadas em mapas meteorológicos tri-dimensionais diários, mostrando a temperatura, pressão, humidade e pó nas diferentes camadas da atmosfera marciana. MCS (Mars Climate Sounder) Este instrumento irá identificar variações na temperatura, pó e concentrações de vapor de água em estratos verticais da atmosfera marciana. Estas medições servirão para compreender o tempo e o clima actualmente em Marte. Os cientistas poderão assim compreender como muda o clima e como circula este em Marte, como explicar como variam as calotes polares de acordo com a atmosfera e a energia recebida através do Sol.

39 SHARAD (SHAllow RADar)
Este radar irá pesquisar por baixo da superfície marciana e procurar por água no estado sólido ou liquida a profundidades até cerca de um quilómetro de profundidade. Utiliza ondas de radar na banda de 15 a 25MHz para obter a profundidade desejada. A onda recebida é sensível às mudanças características da reflexão eléctrica das rochas, areias e água.

40 (UHF Communication and Navigation Package)
ELECTRA (UHF Communication and Navigation Package) Permite à sonda agir como retransmissor entre a Terra e sondas na superfície de Marte que não possuam energia suficiente para comunicarem elas próprias. A partir de 2007, outras sondas chegarão a Marte. A “MRO” utilizará este sistema para providenciar ajuda rádio, navegação, comandos e retorno de dados que estas outras missões necessitem. Se estas forem equipadas com o sistema “ELECTRA” podem receber estes sinais e determinar a sua distância e velocidade em relação ao planeta Marte, permitindo assim uma navegação mais precisa, como determinar a localização correcta de um rover na superfície marciana.

41 (Optical Navigation Camera)
Esta é uma câmara teste que pretende ser melhorada para uso em futuras missões. Alguns dias antes da inserção na órbita de Marte (30 a 2 dias), irá colher uma série de imagens das luas “Phobos” e “Deimos”. Comparando as suas posições com as predictas relativamente ao fundo de estrelas, irá obter-se uma posição da sonda em relação a Marte com grande precisão. Os dados recolhidos nesta missão servirão para demonstrar a aplicabilidade deste tipo de equipamento.

42 (GRAvity Field Investigation Package
GRAFIP (GRAvity Field Investigation Package Acompanhando a sonda aquando a sua aproximação para a órbita de inserção, na primeira parte cientifica da missão, será possível criar um mapa do campo magnético e compreender os processos geológicos da superfície de Marte e os processos físicos que os criaram. Irá estudar o efeito DOPPLER nos sinais de comunicações de rádio para determinar o campo magnético. Irão servir para o estudo da estrutura interna de Marte numa escala de algumas centenas de quilómetros de profundidade. Irá também obter dados da altitude da nave, das densidades da atmosfera e da localização dos depósitos de dióxido de carbono na superfície.

43 (Atmospheric Structure Investigation Accelerometers)
ASIA (Atmospheric Structure Investigation Accelerometers) Durante a reentrada os acelerómetros irão ajudar os cientistas a entender a estrutura da atmosfera Marciana e as relações entre a baixa e a alta atmosfera, as variações sazonais dos ventos e os efeitos das tempestades de pó na densidade atmosférica.

44 Durante a órbita de inserção e na reentrada, a configuração da sonda é semelhante com a configuração de cruzeiro, exceptuando que a antena de alto ganho é movida para uma posição que equilibra os painéis solares enquanto esta voa através da atmosfera superior de Marte. A parte mais pesada da sonda, o tanque de combustível, também torna a nave bastante mais estável, como se fosse uma pena de Badmington. Pela sua grande área nesta fase (37,7 metros quadrados) cada passagem através da atmosfera marciana produz um atrito enorme reduzindo assim o tamanho da sua órbita. Tem como efeito suplementar aquecer a sonda pelo que todos os componentes deverão suportar este aquecimento. No entanto o Controle em Terra podem controlar este aumento de temperatura variando a profundidade de entrada na atmosfera marciana em cada órbita.

45 Após sete meses de cruzeiro e seis meses de reentrada para chegar á sua órbita cientifica, a “MRO” irá procurar e recolher dados acerca da existência de água no passado em Marte. Os seus equipamentos irão obter imagens com grande definição da superfície de Marte e analisar minerais, procurar água no subsolo, traçar a quantidade de água e poeiras distribuídas na atmosfera e monitorizar diariamente o clima global. Estes estudos irão determinar os locais de sedimentos nas camadas da superfícies se são depósitos de minerais que se formaram com água durante longos períodos de tempo. irá detectar linhas de costas e antigos mares ou oceanos que terão porventura existido no passado e analisar depósitos sedimentares originados por correntes de água.

46 Eis toda a missão da “MRO”…

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48 A sua missão primária durará cinco anos e meio, estando prevista terminar a 31 de Dezembro de 2010.

49 Apresentação criada pela ASTROEMIR - Núcleo de Mira da APAA, baseado em textos da NASA, traduzidos por esta associação. As fotografias e filmes apresentados pertencem à missão visada da NASA e são reproduzidas com autorização desta desde que por motivos educacionais e sem fins lucrativos. FIM ASTROEMIR © 2006