A próxima geração de veículos de pouso e transporte lunar

Titãs estabelecidos do setor aeroespacial e startups bem financiadas estão colaborando e competindo para reivindicar a Lua e ajudar a moldar o futuro. Nos próximos 10 anos, eles desenvolverão uma ampla gama de veículos móveis e pousos lunares estacionários na Lua. 

Os landers serão usados para experimentos científicos, serviços comerciais, publicidade e atividades promocionais, e como bases para mineração e exploração lunar. As sondas de pouso também darão suporte aos rovers com comunicações, servindo como nós de dados e fornecendo uplinks para satélites em órbita lunar para posterior retransmissão para a Terra. Os Rovers serão usados principalmente para prospectar minerais, transportar carga, tripulação e ferramentas, além de possibilitar a exploração, a coleta de amostras e o mapeamento da superfície lunar. 

As missões à Lua também proporcionarão novas e empolgantes oportunidades para que nações e entidades comerciais inspirem um interesse renovado no espaço e nas oportunidades praticamente ilimitadas que a Lua oferece.

Atualmente, cada módulo de pouso lunar ou rover é projetado e construído sob medida para uma tarefa específica. Seu tamanho, duração da bateria e outras especificações importantes são determinados pelo que é absolutamente necessário para concluir essa tarefa.

Alguns dos primeiros rovers a serem implantados serão dispositivos do tamanho de uma caixa de sapatos ou de uma maleta, projetados para explorar crateras e descer em tubos de lava para mapeá-los, coletar amostras, procurar minerais ou realizar a detecção de gelo de água na Lua. A exploração polar e outras tarefas importantes exigirão veículos maiores para o terreno lunar, com mais recursos.

Até o final da década, começaremos a ver uma variedade maior de rovers, desde veículos de transporte rudimentares que transportam minerais e materiais para apoiar a mineração de hélio-3 na Lua até veículos autossuficientes e habitáveis capazes de transportar confortavelmente dois ou três astronautas sem trajes pressurizados para missões lunares de 30 dias ou mais. Os veículos maiores talvez precisem ser entregues em partes, e as peças do rover lunar terão que ser montadas na superfície da Lua por astronautas ou robôs para torná-los operacionais. 

Ao serem transportados da Terra para a Lua, os landers e rovers são essencialmente acompanhados como carga. Portanto, eles devem ser construídos para sobreviver a tudo o que o foguete suporta durante o lançamento, o voo espacial e a aterrissagem, mas devem estar prontos para ganhar vida na superfície lunar quando comandados. 

Os seguintes fatores devem ser considerados ao projetar um veículo que opere na Lua:

• Poeira: A superfície da Lua representa uma grande ameaça para as sondas e os rovers. Sua poeira adere às rodas e à parte inferior dos rovers e pode danificar os sistemas mecânicos e elétricos essenciais do veículo. O risco de entrada de poeira também limita os rovers a velocidades de 5 a 10 milhas por hora - qualquer velocidade maior levanta muita poeira. Como resultado, os veículos e componentes destinados à Lua devem ser testados extensivamente em instalações equipadas com simuladores de poeira.
• Terreno desafiador: A superfície da Lua é repleta de crateras que submetem os rovers a vibrações extremas e a subidas e descidas angulares íngremes durante a exploração.
• Variação de temperatura: As temperaturas podem variar de -180°C a 180°C (-292°F a 356°F) muito rapidamente à medida que o rover entra e sai das sombras da cratera lunar.
• Gerenciamento de energia: Antes da aterrissagem, um módulo de pouso lunar precisa de impulso ou de outras funções com alta demanda de energia. Após o pouso, suas necessidades de energia tornam-se relativamente estáveis e podem depender da energia solar com uma bateria de reserva, se necessário, para sobreviver à longa noite lunar. No entanto, rovers maiores exigem mais energia do que os painéis solares podem fornecer sozinhos. Portanto, é necessária uma bateria ou uma fonte de energia nuclear para suportar as flutuações de momento a momento nas necessidades de velocidade e energia com base em sua missão exclusiva. Por exemplo, as tarefas do rover, como perfuração, carregamento de carga e exploração, exigem arranjos de energia mais complexos do que os encontrados em um módulo de pouso.
• Exigibilidade: Os rovers lunares menores tendem a ser menos críticos em termos de segurança e têm uma expectativa de vida mais curta em comparação com os rovers maiores. Eles também são relativamente fáceis de substituir. Os rovers maiores são projetados e equipados para realizar missões lunares que podem durar meses, de modo que o gerenciamento de energia, a criticidade e a durabilidade são as principais preocupações do projeto. Eventualmente, estações de energia ou locais de carregamento elétrico estarão disponíveis para carregar as baterias do rover com a mesma facilidade com que se carrega um veículo elétrico na Terra atualmente.

• Regulamentos e restrições: Embora existam vários tratados e acordos internacionais em vigor, as viagens e o comércio espacial não estão atualmente sujeitos a um conjunto universal de regulamentações ou restrições. São necessárias novas leis e regulamentações para a comercialização do espaço. Nesse meio tempo, cada país gerencia seus próprios programas espaciais e lunares. Por exemplo, nos Estados Unidos, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) tem autoridade sobre as atividades civis do governo, enquanto a Administração Federal de Aviação (FAA) é responsável por todas as atividades e lançamentos comerciais. Independentemente de quem tenha autoridade, as missões civis e comerciais estão todas sujeitas a requisitos rígidos em termos de criticidade e confiabilidade.

Cada nação ou empresa comercial deve tomar decisões difíceis antes de se comprometer com uma missão. A Agência Espacial Europeia (ESA) desenvolveu um esquema de classificação para ajudar a orientar seu processo de tomada de decisão. Para classificar cada missão da ESA como Classe I, II, III, IV ou V, são consideradas as seguintes métricas: 

• Importância crítica para a estratégia da agência: Inclui missões emblemáticas, cooperação internacional e o impacto nas metas estratégicas e na imagem da ESA.
• Objetivos da missão lunar: Identifica a prioridade e o objetivo da missão, que pode variar de demonstrações em órbita a missões puramente educacionais.
• Custo na conclusão: Classifica as missões à Lua nova por custo, começando pela Classe V, que custa menos de 1 milhão de euros, até as missões da Classe I, que custam mais de 700 milhões de euros.
• Vida útil da missão: Define a duração da missão, de 3 meses para missões de Classe V a mais de 10 anos para missões de Classe I.
• Complexidade da missão: Considera se a missão usará interfaces de projeto novas ou existentes, apresentará cargas úteis exclusivas ou exigirá o desenvolvimento de novas tecnologias.

A atribuição de classe de uma missão determinará os tipos de componentes que são essenciais para o projeto final do módulo de pouso ou do rover. No nível mais alto, as missões de Classe I exigem produtos robustos desenvolvidos para atender às condições extremas do espaço. Componentes menos robustos, mas ainda assim confiáveis, podem ser considerados para uso em missões de Classe V.

Embora esse sistema de classificação seja específico da ESA, cada país ou organização deve determinar, em última instância, o que é aceitável. 

As organizações governamentais e as maiores empresas aeroespaciais têm sido tradicionalmente cautelosas ao desenvolver novos projetos espaciais. A maior parte da inovação no projeto do módulo de pouso lunar e do rover está vindo agora de startups, que são menos avessas a riscos e optam por abrir novos caminhos. O setor atingiu um ponto de inflexão em que os custos estão se tornando acessíveis o suficiente para que, se o conceito de uma startup parecer comercialmente viável, os investidores estejam mais dispostos a se arriscar em oportunidades baseadas no espaço.

Notavelmente, a SpaceX tornou o acesso ao espaço muito mais fácil e menos caro, o que inspirou outros a desafiar o status quo e assumir mais riscos comerciais. 

Outro exemplo dessa nova estratégia foi demonstrado em abril de 2023, quando a Japan's ispace tentou se tornar a primeira empresa privada a pousar na Lua. Apesar dos desafios iniciais, a ispace está avançando com planos de tentar novamente no próximo ano em uma missão que incluirá uma mistura de experimentos científicos e oportunidades de publicidade.

Inovadores como a ispace e a SpaceX estão dispostos a assumir mais riscos e aprender com seus erros, o que se traduz em ciclos de desenvolvimento mais rápidos e custos de desenvolvimento mais baixos. As coisas nem sempre saem como planejado, mas essa abordagem de tentativa e erro pode ser uma maneira mais econômica e rápida de atingir um objetivo final.

Os componentes TE Connectivity (TE) foram usados nos primeiros rovers lunares implantados no início da década de 1970 e continuam sendo usados até hoje. Os relés de 100 amperes (N422DG) e de 50 amperes (N218DG) da TE foram à lua. Os contatos HARTMAN oferecem alto desempenho em um formato robusto que é uma fração do tamanho dos produtos de controle industrial típicos usados na Terra.

Os relés de alta tensão KILOVAC K40P da TE foram usados na NASA's Curiosity Rover em Marte e na espacial BepiColombo que está a caminho de Mercúrio com chegada prevista para 2025. Os relés KILOVAC também são usados na Estação Espacial Internacional e continuam a ser usados extensivamente em programas de satélites espaciais.

Além disso, os contatores de alta tensão KILOVAC CAP120 da TE, fios SPEC 55 qualificados pelaESA, conectoresDBAS, conectores de RF e conectores coaxiais MICRODOT estão em uso na missão Chandrayaan-3 da Índia, que pousou na Lua em setembro de 2023.

Na TE, nossos produtos são apenas uma parte da solução. Também temos a experiência e a capacidade de adaptar produtos existentes de outros setores ou aplicações para ajudar a atender às demandas extremas do ambiente lunar. Se os componentes existentes, originalmente projetados para uso na Terra, não forem capazes de resistir aos rigorosos testes de simulação espacial, os engenheiros da TE podem trabalhar para ajudar a desenvolver soluções novas e mais robustas que possam resistir.

• Um número crescente de países e organizações comerciais está correndo para ser o primeiro a capitalizar o potencial inexplorado de recursos e oportunidades que a Lua oferece.
• Os landers e rovers lunares são essenciais para qualquer missão que leve ou recupere pessoas e cargas úteis da superfície da Lua.
• Atualmente, cada módulo de pouso lunar ou rover é projetado e construído para uma tarefa específica. No entanto, uma mudança para uma maior padronização está no horizonte.   
• Cada país ou empresa comercial deve considerar fatores ambientais e de criticidade antes de se comprometer com uma missão lunar.
• A maior parte da inovação no projeto do módulo de pouso lunar e do rover está vindo de startups que são menos avessas ao risco do que os líderes tradicionais do setor aeroespacial.
• A TE Connectivity oferece os produtos, a experiência e os recursos que permitem que os landers e rovers atendam às demandas extremas do ambiente lunar.