China vai trazer a Shenzhou 20 danificada de volta à Terra sem tripulação após fissura numa janela

Um raro contratempo a meio da missão e um rápido impacto de detritos

A China vai enviar a sua nave Shenzhou 20 danificada de volta à Terra sem astronautas a bordo, para uma inspeção detalhada, depois de uma janela fissurada ter forçado a primeira decisão de não continuar a meio da missão no programa de voo espacial tripulado do país. A decisão surge após uma semana de operações de contingência em torno da estação espacial Tiangong para trazer a tripulação em segurança para casa e restabelecer uma opção de regresso de emergência para a equipa que permanece em órbita.

A anomalia surgiu a 5 de novembro durante verificações de rotina antes da desacoplagem. Os astronautas detetaram uma pequena imperfeição ao longo da borda de uma janela da cápsula de regresso. Imagens posteriores de vários ângulos e de uma câmara externa na Tiangong indicaram que a característica era uma fissura genuína, não resíduo superficial. Os engenheiros consideraram que um regresso com tripulação envolvia um risco inaceitável, uma vez que fissuras numa cápsula de reentrada pressurizada podem propagar-se sob tensão e calor.

Os três astronautas da Shenzhou 20 tinham acabado de completar um turno de seis meses na Tiangong. Em vez de partirem como planeado, esperaram nove dias por uma nave de substituição e depois instalaram-se na Shenzhou 21 para a viagem de regresso. A aterragem no local de Dongfeng, na Mongólia Interior, terminou a mais longa permanência contínua de uma tripulação chinesa em órbita até à data, um pouco mais de 200 dias.

A Shenzhou 20 danificada permaneceu acoplada à estação. Será comandada para se desacoplar e reentrar sem tripulação, para que os engenheiros possam estudar como a janela fissurada se comporta durante as fases de elevada tensão do regresso e recolher dados de voo para futuros projetos. Ji Qiming, porta-voz da Agência Espacial Tripulada da China, afirmou que o veículo regressaria sem tripulação e produziria valiosas medições em voo que não poderiam ser obtidas de outra forma.

O que os engenheiros encontraram na janela

Responsáveis do programa dizem que o responsável foi provavelmente um minúsculo fragmento de detritos espaciais. Mesmo uma partícula menor do que um grão de areia pode atingir a velocidades relativas de vários quilómetros por segundo em órbita baixa da Terra. A energia libertada no impacto é suficiente para lascar ou fissurar vidro e metais. De acordo com a equipa de conceção da nave, a janela da Shenzhou 20 sofreu uma fissura que atravessou toda a espessura, estendendo-se da superfície interior à superfície exterior, visível perto da borda da janela.

Jia Shijin, projetista-chefe do sistema de naves tripuladas da China na Academia Chinesa de Tecnologia Espacial, descreveu a avaliação e o risco para a tripulação. Disse que especialistas em materiais de vidro analisaram fotografias e vídeos captados dentro da cabina e pela câmara do braço robótico da Tiangong. A sua conclusão levou à decisão de suspender o plano de regresso original.

A nossa avaliação preliminar é que o fragmento de detritos espaciais era menor do que 1 milímetro, mas viajava incrivelmente depressa. A fissura resultante estende-se por mais de um centímetro. Não podemos examiná-la diretamente em órbita, por isso vamos estudá-la de perto quando a Shenzhou 20 regressar.

Os conjuntos de janelas em veículos tripulados contêm normalmente vários painéis e barreiras redundantes. As janelas da Shenzhou incluem uma estrutura de três camadas, com um elemento exterior de proteção térmica que tem de suportar o calor extremo da reentrada, temperaturas que podem exceder os 1 000 graus Celsius. Uma fissura passante em qualquer painel anula a margem de segurança com que os projetistas contam para um regresso pressurizado. As equipas em terra também modelaram um cenário mais grave, no qual a fratura poderia crescer durante a reentrada, causar despressurização e permitir que gases a alta velocidade penetrassem na cabina. Nesse cenário, o suporte de vida poderia ser sobrecarregado em segundos. Esse risco era inaceitável.

Como a emergência se desenrolou

Nas 12 horas seguintes à confirmação da fissura, o controlo da missão adiou o regresso da Shenzhou 20 e passou a procedimentos de contingência. A tripulação permaneceu a bordo da Tiangong à espera de um meio de regresso seguro. Quando a Shenzhou 21 chegou com a rotação seguinte, a China executou uma troca rara. Os astronautas que saíam levaram a nave nova para casa, deixando a equipa que chegava sem bote salva-vidas imediato.

Para colmatar essa lacuna, o programa espacial antecipou o seu plano de reserva. A 25 de novembro, apenas vinte dias depois de o adiamento ter sido anunciado, um foguetão Longa Marcha 2F lançou a Shenzhou 22 não tripulada. A nave completou um encontro e acoplagem automatizados apenas algumas horas após o lançamento, restabelecendo uma opção de escape para o trio agora estacionado na Tiangong. A missão também entregou mantimentos extra e ferramentas especializadas para lidar com a janela danificada quando os técnicos prepararem a partida da Shenzhou 20.

Porque é que detritos minúsculos podem causar grandes problemas

Os objetos em órbita baixa da Terra movem-se depressa, cerca de 7 a 8 quilómetros por segundo. Quando dois objetos se encontram em ângulos diferentes, a velocidade de aproximação pode ser ainda maior. Mesmo fragmentos demasiado pequenos para serem rastreados a partir do solo transportam imensa energia cinética a essas velocidades. Uma partícula submilimétrica pode picar metal, fissurar vidro ou danificar mantas térmicas. No passado, impactos maiores confirmados de detritos já marcaram painéis solares, perfuraram circuitos de líquido de refrigeração de radiadores e jatearam janelas de naves espaciais.

Os engenheiros concebem naves tripuladas para lidar com este ambiente. Muitas superfícies são protegidas por para-choques em camadas conhecidos como escudos Whipple. Estes fragmentam pequenas partículas antes de conseguirem atingir o casco pressurizado. As janelas apresentam um problema mais difícil. As tripulações precisam de visibilidade clara para a acoplagem e para a consciência situacional, por isso as janelas não podem ser cobertas por blindagem densa. Os projetistas usam, em vez disso, painéis espessos de várias camadas de materiais endurecidos, acrescentam coberturas protetoras quando a visibilidade não é necessária e limitam o tamanho e o número de janelas. Mesmo com estas medidas, uma partícula bem apontada ainda pode causar danos se atingir num ângulo infeliz ou a velocidade muito elevada.

As redes de rastreio monitorizam mais de trinta mil objetos suficientemente grandes para serem catalogados. Milhões de fragmentos mais pequenos são demasiado pequenos para serem rastreados, mas ainda suficientemente grandes para causar danos. Os detritos provêm de estágios de foguetões gastos, satélites antigos, fragmentos de colisões e minúsculos micrometeoroides naturais. As Nações Unidas e as agências espaciais nacionais incentivam práticas de mitigação de detritos, como passivação, reentrada controlada no fim da missão e órbitas de eliminação responsáveis. Mesmo com estes passos, a densidade de objetos nas faixas orbitais mais movimentadas continua a aumentar.

Os viajantes do espaço contam com uma combinação de manobras de evasão e blindagem para reduzir o risco. As estações e os veículos visitantes realizam regularmente ajustes de órbita para evitar detritos rastreados, enquanto as tripulações se abrigam nas suas cápsulas de regresso durante conjunções de risco. Nos últimos anos, cresceram os apelos a uma melhor coordenação do tráfego espacial e à partilha de dados. A China tem promovido projetos conjuntos de observação de detritos com parceiros e está a investir em tecnologias como velas de desorbitação e rastreio de precisão para gerir esta ameaça.

A decisão de suspender foi uma questão de segurança

A Shenzhou 20 poderia provavelmente ter suportado as tensões de uma reentrada normal, mas não havia forma de o provar em órbita. Os gestores de risco consideram tanto a probabilidade como a consequência. A probabilidade de crescimento catastrófico da fissura poderia ser baixa, mas a consequência teria sido fatal. A opção mais segura foi esperar por um veículo de regresso sólido e depois levar a nave danificada para casa sem pessoas.

O comandante da missão, Chen Dong, abordou esse compromisso após a aterragem. Descreveu o episódio como prova de que a exploração exige disciplina e paciência.

O caminho da exploração humana do espaço não é suave e está cheio de dificuldades e desafios.

Pela primeira vez no programa de estações da China, uma tripulação cessante regressou à Terra numa nave na qual não tinha sido lançada. A operação prolongou a sua missão por nove dias, estabeleceu um novo recorde nacional de duração e testou procedimentos de lançamento e aterragem de emergência que se tornarão itens padrão do manual para futuras tripulações.

O que envolverá o regresso não tripulado e a inspeção

Nos próximos dias ou semanas, os controladores de voo realizarão a verificação padrão da Shenzhou 20, fecharão as suas escotilhas e comandarão a sua desacoplagem da Tiangong. A nave realizará uma queima de desorbitação para sair de órbita e reentrar num corredor designado. As equipas de recuperação na área de aterragem de Dongfeng, no deserto de Gobi, irão assegurar a cápsula assim que esta chegar ao solo de paraquedas.

Os engenheiros querem mais do que um olhar mais atento. Pretendem captar dados realistas sobre como uma janela fissurada se comporta durante a reentrada. Sensores de temperatura, pressão e vibração podem registar como a fratura responde à absorção de calor, às cargas aerodinâmicas e ao stress acústico. Ji Qiming disse que o regresso produziria os dados experimentais mais autênticos, uma frase que sugere que a equipa irá comparar as cargas reais da reentrada com os seus modelos e com testes em terra. Esse tipo de informação reforça futuros projetos e melhora as regras de voo para anomalias raras mas graves.

Uma vez num laboratório controlado, os especialistas podem medir a geometria da fissura, analisar qualquer resíduo no local do impacto e verificar se a fratura se propagou durante a descida. Os investigadores também irão rever os registos de fabrico do conjunto da janela e o processo de instalação para excluir defeitos latentes não relacionados com detritos orbitais.

Operações na Tiangong e o papel do bote salva-vidas

Com a Shenzhou 22 agora acoplada, a tripulação atual tem uma opção de escape caso surja um problema médico ou outra emergência. As estações de longa duração combinam sempre as tripulações com uma cápsula de regresso pronta. Serve como bote salva-vidas, táxi e escudo térmico que espera durante meses antes de uma curta corrida para casa. A Tiangong pode albergar seis astronautas durante as trocas, mas o seu sistema de suporte de vida está afinado para três em estadias prolongadas. Manter uma nave de regresso saudável e acoplada é central para esse modelo operacional.

A China mantém tanto uma nave Shenzhou como um foguetão Longa Marcha 2F numa configuração de reserva. O sistema foi concebido para uma ativação rápida, tal como a forma como a Rússia e os Estados Unidos mantêm naves Soyuz e veículos tripulados para contingências. O lançamento rápido da Shenzhou 22 demonstrou essa prontidão. Também serviu como reabastecimento logístico, trazendo ferramentas, peças sobressalentes e experiências para manter a estação produtiva.

Como outras missões lidaram com surpresas semelhantes

A história do voo espacial oferece paralelos que sublinham a prudência da decisão relativa à Shenzhou 20. Em 2022, um micrometeoroide perfurou uma linha de refrigerante de uma Soyuz russa acoplada à Estação Espacial Internacional. A tripulação que deveria regressar a casa nessa nave permaneceu em órbita até uma Soyuz de substituição ser lançada sem tripulação. O astronauta da NASA Frank Rubio e dois cosmonautas regressaram em segurança após uma missão prolongada.

Num episódio separado, um voo de teste de uma cápsula tripulada americana sofreu problemas de propulsores e propulsão que mantiveram dois astronautas na Estação Espacial Internacional muito mais tempo do que o planeado. Juntaram-se ao trabalho da tripulação residente enquanto as equipas em terra concebiam um caminho seguro para os trazer de volta. A cautela e a redundância, e não a pressão do calendário, ditaram o desfecho em ambos os casos. É a mesma lógica em jogo com a Shenzhou 20.

O que observar nos próximos meses

Os próximos marcos são o regresso não tripulado e a análise pós-voo da Shenzhou 20, operações contínuas com a Shenzhou 22 como bote salva-vidas e um ritmo constante de ciência e manutenção na Tiangong. A rotação lançada na Shenzhou 21 inclui o mais jovem astronauta chinês até à data. Espera-se que um dos membros permaneça no espaço durante mais de um ano, no âmbito de um estudo de longa duração de biologia e fatores humanos. Esses planos podem avançar porque voltou a existir um meio de regresso de emergência.

O programa de voo espacial tripulado da China não enfrentou muitas falhas em voo, o que faz sobressair este episódio. Também demonstra uma resposta madura. A equipa deu prioridade à segurança da tripulação, executou um lançamento rápido para restabelecer as salvaguardas da estação e transformou uma anomalia numa oportunidade de aprendizagem ao trazer a nave danificada para casa para uma inspeção metódica. As conclusões irão provavelmente informar o projeto de janelas, a blindagem contra impactos e as regras de regresso ao voo em futuras missões, incluindo uma tentativa planeada de aterragem lunar mais tarde nesta década.

Pontos principais

• A Shenzhou 20 vai regressar à Terra sem tripulação depois de uma janela fissurada a ter tornado insegura a sua utilização numa reentrada tripulada.
• Os astronautas Chen Dong, Chen Zhongrui e Wang Jie regressaram em segurança na Shenzhou 21 após um atraso de nove dias, estabelecendo um novo recorde nacional de duração.
• Um lançamento de emergência a 25 de novembro enviou a Shenzhou 22 não tripulada para a Tiangong para servir como bote salva-vidas e entregar ferramentas e mantimentos.
• Os engenheiros acreditam que um fragmento de detritos submilimétrico causou uma fissura passante com mais de um centímetro de comprimento num painel de janela.
• Ji Qiming disse que o regresso não tripulado visa recolher dados de voo autênticos sobre como a janela fissurada se comporta durante a reentrada.
• A China vai analisar a cápsula após a aterragem no local de Dongfeng para orientar futuros projetos e regras de voo.
• O incidente realça os riscos persistentes de detritos em órbita baixa da Terra e o valor de planos de reserva para salvamento de tripulações.