Fobos-Grunt e YingHuo-1 a caminho de Marte

Após um lançamento nocturno desde o Cosmódromo de Baikonur, as sondas Fobos-Grunt e YingHuo-1 encontram-se na primeira fase das suas viagens para Marte. O lançamento teve lugar às 2016:02,871UTC do dia 8 de Novembro de 2011 e foi levado a cabo por um foguetão Zenit-2FG a partir da Plataforma de Lançamento PU-1 do Complexo de Lançamento LC45.

A sonda Fobos-Grunt (Фобос-Грунт) tem como principal objectivo obter uma amostra da superfície de Fobos, uma das duas luas de Marte. A sonda foi desenvolvida pela empresa NPO Lavochkin e pelo Instituto de Pesquisa Espacial da Rússia, sendo financiada pela Roscosmos.

Em 1999 é iniciado um estudo que analisou as possibilidades de se desenvolver uma missão lançada para a órbita de Marte capaz de descer sobre um dos seus satélites naturais, recolher amostras do solo e trazê-las de volta para a Terra. Inicialmente previa-se que o desenho e arquitectura do projecto pudesse ser semelhante ao das missões Fobos, porém as sucessivas alterações ao projecto levaram ao desenvolvimento de um veículo diferente. O seu desenvolvimento foi iniciado em 2001 com o seu desenho a ficar terminado em 2004. No entanto, o desenvolvimento do projecto seria bastante lento devido aos crónicos problemas de financiamento do programa espacial russo que introduziu sucessivos atrasos.

Em 2005, com a apresentação dos principais objectivos do programa espacial, a missão Fobos-Grunt tornou-se num dos focos principais, com o projecto a receber fundos que permitiram o seu desenvolvimento e a definição de uma data de lançamento para Outubro de 2009.

Com a entrada de parceiros internacionais para o projecto, a construção do veículo foi iniciada em Junho de 2006 com o desenvolvimento e teste dos instrumentos que seriam transportados a bordo. A 26 de Março de 2007 a Rússia e a China assinam um acordo para a exploração conjunta do planeta vermelho com o lançamento da sonda chinesa YH-1 YingHuo-1 a bordo do mesmo lançador que colocará a sonda russa a caminho de Marte.

No entanto, os problemas de desenvolvimento da Fobos-Grunt foram sempre surgindo ao longo do tempo, levando ao adiamento do seu lançamento previsto para Outubro de 2009.

A Fobos-Grunt vai permitir a realização de observações in-situ com um importante conjunto de instrumentos que deverá operar na superfície durante um ano. Além do mais, a missão irá recolher cerca de 0,2 kg de amostras que serão enviadas para a Terra para uma análise mais precisa.

Os dois satélites de Marte, Fobos e Deimos são muito pequenos. Fobos tem uma forma elíptica com um comprimento máximo de 28 km e uma largura de 20 km, orbitando a uma altitude média muito baixa de 6.000 km da superfície de Marte. A sua superfície é marcada por crateras, com a maior, Stickney, a ter um diâmetro de cerca de 10 km (o que representa um terço do comprimento da lua). Uma série de sulcos que se dirigem para o exterior da cratera parecem ser fracturas devido ao impacto que terá criado esta cratera.

A comunidade astronómica admite que os dois satélites de Marte terão sido asteróides capturados pelo campo gravitacional do planeta quando passavam demasiado perto. Outra hipótese que foi levantada é a de que estas duas luas possam ser restos de um satélite maior que gravitava em torno de Marte. Porém, a camada de rocha e poeira nas suas superfícies, denominado regolito, parece diferente entre as duas.

Mais observações levadas a cabo na superfície de Fobos acerca da composição da sua superfície e uma análise completa e precisa das amostras que serão trazidas de volta para a Terra, deverão responder à questão sobre a diferenciação das duas superfícies. Além do mais, é provável que a sua superfície tenha recebido um influxo de rochas ejectadas da superfície de Marte durante os impactos de asteróides, o que deverá uma assinatura distinta a partir da matéria primitiva.

Assim, os principais objectivos da missão são:

• Estudar a origem de Fobos (e provavelmente de Deimos) em relação com o estudo da sua matéria primitiva,
• Estudar a evolução de Fobos em relação a Marte,
• Estudar o papel dos impactos dos asteróides na formação planetária e na evolução da atmosfera, crosta e no inventário dos elementos voláteis.

Por outro lado, os seus objectivos científicos são:

• Retorno para a Terra de amostras do solo de Fobos para pesquisa cientifica do satélite, de Marte e da sua vizinhança,
• Estudos remotos e in-situ de Fobos (que incluirá a análise de amostras do solo),
• Monitorização do comportamento atmosférico de Marte, incluindo a dinâmica das tempestades de poeira no planeta,
• Estudos da vizinhança de Marte, incluindo o seu ambiente de radiação, plasma e poeiras,
• Estudo da origem dos satélites de Marte e as suas relações com o planeta,
• Estudo do papel levado a cabo pelo impacto de asteróides na formação dos planetas terrestres,
• Procura de sinais da possível presença de vida
• Estudo do impacto de uma missão interplanetária de três anos nos organismos extremófilos numa pequena cápsula selada (experiência LIFE).

Lançada a 8 de Novembro de 2011, a Fobos-Grunt chegará à órbita de Marte em Setembro de 2012. A descida à superfície de Fobos terá lugar em Fevereiro de 2013 e no mês seguinte iniciam-se as análises in-situ da superfície. Após a obtenção das amostras da superfície, estas chegarão à Terra em Agosto de 2014. A descida na superfície de Fobos terá lugar numa região entre 5°S a 5°N e 230°O a 235°O.

Após o lançamento a sonda é inserida numa órbita circular em torno da Terra com um apogeu a 347 km, perigeu a 207 km e uma inclinação orbital de 51,4º. Duas horas e meia após o lançamento (1,7 órbitas), o sistema de propulsão principal será activado para transferir a sonda para uma órbita elíptica com um apogeu a 4.250 km, perigeu a 237 km, inclinação orbital de 51,4º e período orbital de 2,1 horas, ao qual se seguirá a ejecção dos tanques adicionais de propolente. Após 4,2 horas de voo o sistema de propulsão será novamente activado para transferir a sonda para uma órbita com um apogeu a 17.500 km e um período orbital de 5,2 horas. Será a partir desta órbita que se dará a injecção numa trajectória para Marte.

Enquanto que as duas primeiras queimas serão executadas de forma automática utilizando dados armazenados antes do lançamento, os parâmetros para a queima de esacape terão de ser enviados para a sonda. A viagem até Marte terá uma duração de 10 a 11,5 meses, com o tempo de voo a ser determinado pela janela de lançamento, impulso de velocidade inicial e por qualquer correcção de trajectória que seja levada a cabo durante a fase de cruzeiro.

A primeira manobra durante a aproximação a Marte irá inserir a sonda numa órbita elíptica em torno do planeta e nesta altura separar-se-á a sonda chinesa YingHuo-1. Depois de executar 7 ou 8 órbitas em torno de Marte, a Fobos-Grunt será transferida para uma órbita elíptica intermédia. Então, novas manobras irão circularizar a órbita a uma altitude aproximada de 500 km da superfície de Fobos, no plano orbital da lua e com um período de 8,3 horas. Nesta órbita a sonda irá aproximar-se de Fobos a uma distância de várias centenas de quilómetros a cada quatro dias. Medições de navegação precisas serão levadas a cabo antes de entrar numa órbita quase sincronizada. O local de descida foi seleccionado utilizando imagens obtidas pela Mars Express. A altura de descida bem como a altura da partida do Módulo de Regresso serão determinadas tendo por base as observações de Fobos obtidas pelo veículo na órbita quase sincronizada.

Estacionada na órbita quase sincronizada, a sonda irá estar aproximadamente a 50 km a 130 km de Fobos, com um período orbital de 7,36 horas. Medições feitas nesta órbita irão proporcionar uma posição precisa da sonda em relação a Fobos e permitir assim o estudo do local de descida na superfície do satélite.

O Centro de Controlo da Missão está localizado na Associação Lavochkin que tem ligações com as antenas de comunicação via satélite em Bear Lakes, Ussuriysk e Baikonur. A ESA fornece apoio nas estações terrestres para a missão ao abrigo de um acordo feito com a Roscosmos para as missões Fobos-Grunt e ExoMars. A sonda Fobos-Grunt é constituída por quatro partes principais: um módulo de descida, um veículo de regresso à Terra, um veículo orbitador e de descida, e um módulo de cruzeiro. Para além destes elementos, viaja também com a sonda o veículo YG-1 YingHuo-1, uma sonda chinesa que irá estudar o ambiente marciano.

Os instrumentos a bordo são: sistema de TV para navegação e orientação, conjunto de instrumentos de cromatografia gasosa (analisador de diferencial térmico, cromatógrafo gasoso e um espectrómetro de massa), espectrómetro de raios gama, espectrómetro de neutrões, espectrómetro de alfa-X, sismómetro, radar de onda larga, espectrómetro de luz visível e de infravermelhos, contador de poeira, espectrómetro iónico e sensor solar óptico.

O sistema de TV para navegação e orientação tem como objectivo proporcionar navegação no espaço planetário próximo e durante as observações de Marte e de Fobos. O sistema será capaz de navegar através de imagens de Marte, de Fobos e o campo estelar. Será também capaz de obter imagens de alta resolução de Fobos e de determinar a altitude do veículo bem como as velocidades horizontais e verticais na fase de descida em Fobos. O sistema TSNN (sistema de televisão para navegação e orientação) é composto por duas câmaras de televisão e um computador para o processamento de dados. As duas câmaras são de grande e pequena angular, respectivamente, com uma distância focal de 500 mm e de 18 mm. Ambas estão equipadas com CCD e o campo de visão angular é de 2,4º e de 32,4º. Respectivamente têm uma massa de 2,8 kg e 1,5 kg. A câmara de observação de Marte (KNM) será utilizada para a monitorização a longo prazo da superfície e da atmosfera do planeta vermelho, detectando as suas variações sazonais e diurnas ao nível da superfície e processos climáticos, dinâmica das calotes polares, tempestades de areia, nuvens, análise da composição atmosférica com observação do limbo.

O acordo para o lançamento da YingHuo-1 juntamente com a sonda russa Fobos-Grunt foi assinado a 26 de Março de 2007 entre a Administração nacional Espacial da China e a agência espacial russa Roscosmos.

Sendo esta a primeira sonda chinesa destinada a estudar um planeta, os seus principais objectivos são a investigação detalhada do ambiente de plasma e do campo magnético, estudar o processo de fuga de iões de Marte a os seus possíveis mecanismos, executar medições de ocultação ionosférica entre a YH-1 e a Fobos-Grunt focando nas regiões sub-solares e nocturnas, e observar as tempestades de areia em Marte.

Para cumprir os seus objectivos, a YingHuo-1 transporta vários instrumentos: analisador de electrões, analisador de iões, espectrómetro de massa, um magnetómetro de fluxo, um detector de rádio-ocultação, e um sistema de observação óptica que é composto por duas câmaras com uma resolução de 200 mm e que irá permitir a obtenção de imagens de alta qualidade da superfície de Marte.

A YG-1 irá separar-se da Fobos-Grunt em Outubro de 2012 e entrar numa órbita equatorial em torno de Marte com um período de 72,8 horas. O ponto mais baixo da sua órbita irá variar entre os 400 km e os 1.000 km, enquanto que o ponto mais elevado irá variar entre os 74.000 km e os 80.000 km da superfície de Marte.

A sonda tem um comprimento de 0,75 metros, largura de 0,75 metros, altura de 0,6 metros e uma massa de 115 kg no lançamento. É estabilizada nos seus três eixos espaciais e está equipada com dois painéis solares para o fornecimento de energia. Os painéis solares têm um comprimento de 5,6 metros e fornecem uma média 90 W, com um máximo de 180 W. A sonda tem ainda duas antenas para a recepção e transmissão de dados. A antena de alto ganho de banda S tem um diâmetro de 0,95 metros e está equipada com um transmissor de 12 W que transmite em 8,4 GHz e 7,17 GHz (com um fluxo de dados entre 8 bps e 16 kbps). A antena de baixo ganho transmite em 80 bps.

Os objectivos científicos da YingHuo-1 estão principalmente focados na alta atmosfera de Marte e no ambiente espacial. Entre todos os seus objectivos e medições, a experiência mais inusual será quando a YG-1 e a Fobos-Grunt trabalharem em conjunto para medir a estrutura da ionosfera de Marte. As duas sondas estarão pontadas uma á outra e a Fobos-Grunt irá emitir um sinal através da ionosfera de Marte para um ‘receptor de ocultação’ instalado na YingHuo-1. A sonda irá receber os sinais em duas frequências (833 MHz e 416,5 MHz) e depois irá medir a amplitude e a fase da onda transportadora nestas duas frequências para depois obter o perfil de densidade de electrões e conteúdo total de electrões da ionosfera marciana.

A restante carga científica inclui um conjunto detector de plasma e o magnetómetro de fluxo para analisar as partículas e os campos magnéticos, bem como uma pequena câmara que será utilizada para documentar a separação entre as duas sondas

Imagens: Roscosmos e TVRoscosmos