Sonda MESSENGER
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A sonda MESSENGER é uma missão não tripulada da NASA, gerenciada pelo Jet Propulsion Laboratory - JPL, destinada a estudar as características e o ambiente do planeta Mercúrio. Especificamente, os objetivos científicos da missão são os de caracterizar a composição química da superfície de Mercúrio, a sua história geológica, a natureza do seu campo magnético, o tamanho e o estado do núcleo planetário, pesquisar seus pólos e a natureza da sua exosfera e da sua magnetosfera, numa missão orbital de um ano terrestre de duração.
MESSENGER é um acrônimo para, em inglês, MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging.
A sonda MESSENGER foi lançada ao espaço em 3 de Agosto de 2004, a bordo de um foguete Boeing Delta II, de Cabo Canaveral, Flórida - Estados Unidos.
É a primeira missão da NASA em 30 anos dirigidos a este planeta. MESSENGER é apenas a segunda sonda a alcançar Mercúrio; a sonda norte-americana Mariner 10, a visitou no passado por três vezes entre 1974 e 1975 e obteve dados detalhados de menos da metade de sua superfície.
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[editar] Questões sobre Mercúrio
A equipe de ciência da sonda MESSENGER espera obter respostas a algumas intrigantes questões.
- 1) Tal como os demais planetas internos do Sistema Solar, Mercúrio tem um denso núcleo rico em ferro envolvido por uma manta constituída de magnésio e silicatos ferrosos (rocha). Durante a história inicial do planeta, os silicatos se deslocam para a superfície formando a crosta do planeta, enquanto o ferro desceu para o núcleo. A densidade de cada planeta reflete exatamente este balanço entre um núcleo rico em ferro e a crosta rica em silicatos. Mercúrio tem um núcleo incrivelmente denso, além de ser enorme. O núcleo compõem cerca de 65 % de toda a sua massa. É proporcionalmente o dobro do tamanho do núcleo da Terra. Seu campo gravitacional é comparável com o planeta Marte, que é um planeta bem maior. Como pode surgir um núcleo incrivelmente denso para um planeta do seu tamanho?
- 2) Certas formações geológicas de Mercúrio são bastante enigmáticas. Planos suaves relativamente “jovens” estão cercados por antigas crateras. Fotos obtidas ela sonda Mariner 10 sugerem que a superfície apresentam uma composição variada. A formação rochosa denominada de Caloris tem cerca de 1.300 quilômetros de extensão e contém as montanhas elevadas de uns 3.000 metros de altura e parece terem sido formada pelo impacto de um meteoro e as ondas de choques seria a responsável por uma região de solo caótico, situado no lado oposto do planeta. O objetivo da sonda MESSENGER é conhecer mais sobre o passado geológico deste planeta.
- 3) Mercúrio é o único planeta comprovadamente além da Terra, em ter um campo magnético. Ele é cerca de 100 vezes mais fraco que o campo da Terra medido na superfície. O campo magnético da Terra é criado pela movimentação do seu fluido interno, porém o núcleo de Mercúrio é menor do que da Terra e ele já teria se esfriado e se solidificado. O núcleo da Terra mede 12.714 km e o núcleo de Mercúrio mede 4.878 km. A topografia de Mercúrio sugere que ao se esfriar o núcleo tenha se contraído e sua superfície tenha sido enrugada. Sem ter movimento de fluido no núcleo, como o campo magnético é gerado?
- 4) No início da década de 90, os cientistas utilizando radares, observaram que crateras localizadas no pólos do planeta refletiam vigorosamente pulsos de ondas de rádio. Alguns cientistas sugeriram que a reflexão fosse devido ao gelo. E em certas regiões de Mercúrio a temperatura na sua superfície pode atingir 450 graus Celsius. Como o planeta apresenta uma rotação quase que perpendicular ao seu equador, fazendo com que o piso de certas crateras situadas nos pólos nunca seja atingido por raios de sol, fazendo com que o seu interior seja sempre mantido frio. O objetivo da sonda é procurar saber qual substância está no interior destas crateras.
- 5) Mercúrio é rodeado por uma tênue atmosfera. Porém suas moléculas não colidem entre si, mas pulam de um lugar para outro na atmosfera, como bolas de borracha. Os elementos que compõem sua atmosfera são o hidrogênio, o hélio, o oxigênio, o sódio, o potássio e o cálcio. O hidrogênio e o hélio vêm do Sol, Algum hidrogênio e hélio devem vir de cometas que caíram em Mercúrio, as outras substâncias vêm das rochas situadas na superfície do planeta. A sonda deverá estudar como estes elementos foram postos na “exosfera“ do planeta. Como esta volatilidade é importante para Mercúrio ?
[editar] A sonda
O corpo principal da sonda tem um tamanho de 1,42 metros de altura, 1,85 metros de largura e 1,27 metros de profundidade; seu guarda-sol frontal (sunshade) é constituído de pastilhas de cerâmica semelhantes as utilizadas no Ônibus Espacial. Tem 2,5 metros de altura, por 2 metros de comprimento. Lateralmente foram montadas duas asas que constituem seus painéis solares. Que fazem à sonda ter seis metros de comprimento, de uma ponta a outra dos painéis solares.
Massa da sonda quando do lançamento: aproximadamente 1.100 quilogramas; incluindo 600 quilogramas de propelente e 500 quilogramas são a massa da sonda propriamente dita e de seus instrumentos.
Obtém energia através de painéis solares de 1,5 metros por 1,65 metros, constituídos de células solares de gálio-arsênico que geram uma energia de 385 watts 485 watts durante sua fase de cruzeiro e 650 watts quando em órbita de mercúrio. Vão alimentar uma bateria que é constituída de níquel-hidrogênio, com 23 ampéres-horas de carga.
Sua propulsão é feita através de um bipropelente constituído de hidrazina e tetróxido de nitrogênio, para ações de grande empuxo; 16 empuxadores alimentados a hidrazina servem para pequenos ajustes de trajetória e para o controle de altitude.
Seus instrumentos científicos são: Uma câmera grande angular e outra teleobjetiva. Um espectrômetro de raios gama e de nêutrons, um espectrômetro de raios-X, um espectrômetro de partículas de alta energia e de plasma. Um espectrômetro de análise da composição da atmosfera e da superfície, um magnetômetro, um altímetro a laser e um experimento de rádio.
O cérebro da sonda é composto por um modulo eletrônico integrado que hospeda dois sistemas compostos por um processador de 25 MHz e por um processador a prova de falhas de 10 MHz. Todos os processadores será o modelo RAD 6000. Para o controle a altitude, a sonda deverá saber para onde esteja apontando. Ela fará então o uso de balizadores de estrelas e de uma unidade de medida inercial, composta por quarto giroscópios, quarto acelerômetros, por seis sensores solares que funcionarão como unidade de redundância.
O controle de altitude será ajustado por meio de quatro rodas de reação situado dentro da sonda e auxiliado, quando necessários por pequeno empuxadores. MESSENGER deverá receber comandos e enviar dados primariamente por meio de uma antena de polarização circular de raio-X.
A sonda MESSENGER foi construída para suportar o intenso calor em Mercúrio. Lá o Sol é cerca de 11 vezes mais brilhante que na Terra e a temperatura na superfície pode chegar a 450 graus Celsius, mas MESSENGER deverá operar em uma temperatura ambiente atrás de um guarda-sol constituído de uma revestimento cerâmico.
Sua estrutura base é composta de grafite-epóxi. Este material composto fornece a rigidez necessária à sonda para que venha a sobreviver ao lançamento, oferecendo a menor massa possível. Dois grandes painéis solares auxiliados por uma bateria de níquel-hidrogênio, garantem o suprimento de energia a sonda.
O custo da missão é de U$ 427 milhões de dólares, incluindo a sonda, desenvolvimento de seus instrumentos, do veículo lançador, dos operadores da missão e a análise dos dados coletados.
[editar] Lançamento e viagem até Mercúrio
O lançamento da sonda estava previsto para ocorrer em uma janela de lançamento de 12 dias, que se iniciaria em 11 de Maio de 2004. Mas a NASA anunciou em 26 de Março de 2004, que a janela começaria em 30 de Julho de 2004, com uma duração de 15 dias. Esta mudança na data de lançamento obrigou a uma mudança na trajetória que a sonda deveria seguir e deverá atrasar a sua chegada a Mercúrio, em cerca de dois anos.
No seu novo plano de vôo, a sonda deverá percorrer 7,9 bilhões de quilômetros que incluirá 15 voltas em torno do Sol. A sonda MESSENGER agora fará seis assistências gravitacionais antes de chegar a Mercúrio. A primeira manobra será feita com o auxílio da gravidade da Terra, logo após seu lançamento. E mais duas manobras com a ajuda de Vênus, em Outubro de 2006 e em Junho de 2007.
As orbitações de Mercúrio vão ocorrer em Janeiro de 2008, Outubro de 2008 e em Setembro de 2009, que servirão de ajuste fino pra que a sonda possa obter dados, para finalmente entrar em órbita de Mercúrio em Março de 2011. Originalmente, a sonda deveria alcançar Mercúrio em 2009 Se fosse escolhida outra forma de se chegar a Mercúrio, seria necessário utilizar um foguete lançador mais potente e uma sonda com maior quantidade de propelente.
[editar] Foguete lançador
O sonda MESSENGER decolou na plataforma de lançamento 17 B de Cabo Canaveral, através de um foguete descartável de três estágios da Boeing, em 2 de Agosto de 2004, quando existia disponível, uma janela de lançamento de 13 dias de duração.
Era um foguete Delta II 7925-H (heavy lift), modelo largamente utilizado nas missões do Programa Discovery. Seu primeiro estágio é de propelente líquido no corpo principal, ladeado por nove foguetes de material composto, de propelente sólido. O segundo estágio também utilizou propelente líquido e o terceiro estágio utilizou propelente sólido.
O primeiro estágio utilizou motores do motor principal da Rocketdyne, modelo RS-27A, que utilizou como propelente o RP-1, consistindo na mistura de querosene com oxigênio líquido. Auxiliado por nove foguetes de hidroxila polibutadiene.
O segundo estágio era ativado por um motor da Aerojet modelo AJ10-118K. Este motor utiliza como propelente o Aerozine 50, que é uma mistura de hidrazina com dimetil-hidrazina, reagindo com o tetróxido de nitrogênio como oxidante.
O motor da Thiokol modelo Star-48B fornecia o empuxo no terceiro estágio. Utilizava como propelente principalmente o perclorato de amônio que conduziu a sonda para uma órbita heliocêntrica.
[editar] Inserção e orbitação
Por um ano a sonda MESSENGER deverá operar em uma órbita bastante elíptica em torno de Mercúrio, sendo que o seu ponto mais próximo do planeta, a sonda estará a uma altitude de 200 km e no ponto mais afastado, a sonda estará a 15.193 km de distância. O plano da órbita será de 80 graus de inclinação com o plano do equador de Mercúrio.
A sonda deverá orbitar Mercúrio duas vezes a cada 24 horas e levará oito horas para se comunicar com a Terra. A sonda deverá gastar apenas 25 minutos a cada 12 horas de orbitação, sobrevoando a superfície escaldante do planeta em baixa altitude.
A sonda MESSENGER em um período de 12 meses da Terra, ela deverá cobrir dois dias solares de Mercúrio. Um dia de Mercúrio é igual a 176 dias na Terra. A sonda foi programada para no primeiro dia de Mercúrio, mapear o planeta e no segundo dia, utilizar seus instrumentos científicos de pesquisa.
Enquanto a sonda MESSENGER circundar Mercúrio, a radiação e a gravidade do Sol, deverão afetar a trajetória da sonda. Uma vez por ano de Mercúrio ( iguais a 88 dias da Terra), seus foguetes serão acionados para reposicionar a sonda em sua órbita original.
[editar] Comunicações
A sonda MESSENGER utilizará a freqüência de raio-X, para se comunicar através de duas antenas de alto-ganho. Duas pequenas antenas de médio-ganho e mais quarto antenas de baixo-ganho. Todas as antenas são fixas e podem eletronicamente dirigir seus sinais sem necessitar mover partes da antena. Durante suas operações normais, pelo menos uma a duas antenas estarão apontadas para a Terra.
[editar] Instrumentos da Sonda
- Mercury Dual Imaging System (MDIS): Este instrumento consiste em um sistema imageador composto por uma câmera grande angular e por outra câmera teleobjetiva, para fotografar a superfície de Mercúrio.
- Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS): Este instrumento deverá detectar os raios gama e os nêutrons que são emitidos pelas substâncias radioativas da superfície de Mercúrio ou por elementos que sejam estimulados pelos raios cósmicos. Ele será usado para mapear a abundância ou os diferentes elementos da superfície e deverá ajudar a determinar se existe gelo nos pólos de Mercúrio, uma vez que eles nunca recebem diretamente a luz do Sol.
- X-Ray Spectrometer (XRS): Os raios gama e os raios-X de alta energia provenientes do Sol, que atingem a superfície de Mercúrio podem forçar que certos elementos de sua superfície, que emitam raios-X de baixa energia. O XRS deverá medir esta baixa energia e a partir dela, medir a abundância de vários elementos que compõem a crosta de Mercúrio.
- Magnetometer (MAG): Este instrumento situado na extremidade de uma antena de 3,6 metros de comprimento deverá mapear o campo magnético de Mercúrio e procurará por regiões que contenham rochas magnetizadas na sua crosta.
- Mercury Laser Altimeter (MLA): Este instrumento contém um raio laser que será enviado a superfície de Mercúrio e um sensor o captará após a sua reflexão na superfície de Mercúrio. Ele deverá medir o tempo que a luz vai levar para ir e voltar. Este equipamento poderá fazer assim uma detalhada descrição da superfície de Mercúrio.
- Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS): Este espectrômetro é sensível à luz infravermelha e ultravioleta e deverá medir a abundância dos gases na atmosfera, bem como detectar as variações dos minerais na superfície de Mercúrio.
- Energetic Particle and Plasma Spectrometer (EPPS): EPPS irá medir a composição, distribuição e as mudanças de energia das partículas (elétrons e vários íons) da magnetosfera de Mercúrio.
- Radio Science (RS): O RS deverá usar o efeito Doppler para medir com precisão as alterações de velocidade da sonda nas órbitas de Mercúrio. Isso irá permitir estudar a distribuição da massa de Mercúrio, incluindo as variações da espessura de sua crosta.
[editar] Missões futuras
A sonda MESSENGER pode brevemente ter companhia em seus estudos sobre o planeta Mercúrio, de uma sonda denominada BepiColombo, que representa uma cooperação entre a Agência Espacial Européia - (ESA) e a Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial (JAXA). Elas têm programado um lançamento para 2012, plano este que consistiria na colocação de duas sondas em órbita de Mercúrio. Uma sonda mapearia o planeta a outra sonda mapearia a magnetosfera A missão recebeu o nome de um matemático e engenheiro Italiano chamado Giuseppe (Bepi) Colombo, que foi a pessoa que apontou para a NASA o cominho que a sonda Mariner 10 teria que seguir, para orbitar Mercúrio por três vezes.
[editar] Programa Discovery
A missão MESSENGER é a sétima missão do programa de exploração espacial da NASA denominado de Programa Discovery. Que é um programa científico que estabeleceu metas para o desenvolvimento de missões de baixo custo para a pesquisa espacial.
