Como os astronautas voltam à Terra após missões espaciais?

Há mais de 50 anos, a NASA fez história ao levar os primeiros humanos para a superfície da Lua e trazê-los de volta em segurança. O primeiro pouso tripulado em nosso satélite natural, realizado durante a missão Apollo 11 em 1969, exigiu 10 missões de treinamento, o trabalho de mais de 400 mil engenheiros, cientistas, técnicos e um orçamento que ultrapassou vários bilhões de dólares. Mas, afinal, como os astronautas chegaram à Lua? E mais importante: como eles voltaram para a Terra?

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O programa Apollo teve um total de 17 missões. As primeiras foram, basicamente, testes dos equipamentos, e cinco voos realizaram alunissagens (ou seja, pousos lunares) com sucesso. O pouso primeiro ocorreu com a missão Apollo 11, lançada em 16 de julho de 1969, quando os astronautas Neil Armstrng e Buzz Aldrin caminharam na Lua. Depois deles, outros homens também estiveram em nosso satélite natural, realizando estudos e coletando amostras que seguem sendo analisadas pelos cientistas até hoje e rendendo descobertas científicas. No total, 12 astronautas foram para lá — por enquanto.

Para realizar tudo isso, a NASA desenvolveu a nave para o programa Apollo composta por três partes: primeiro, havia o módulo de comando (CM), que comportava os controles de voo e dormitórios da tripulação, e o módulo de serviços (SM), que fornecia propulsão e os sistemas necessários para a nave. Quando estavam acoplados um ao outro, eles recebiam o nome de CSM. Por fim, havia também o módulo lunar (LM), que comportava até dois tripulantes e foi usado para levá-los à superfície lunar, dar suporte a eles e levá-los de volta ao CSM.

Alguns veículos foram usados para realizar os lançamentos do programa, como o Saturn I e Saturn IB, compostos por dois estágios e usados durante voos orbitais tripulados e não tripulados na órbita terrestre. Já o Saturn V, o mais poderoso foguete já lançado até hoje com seus três estágios e 110 m de altura, foi utilizado nos voos feitos na órbita terrestre e nas missões para a Lua da era Apollo.

Como os astronautas foram à Lua e depois voltaram para casa

Para alcançar o objetivo de levar uma pessoa para a Lua e trazê-la de volta em segurança até o fim da década de 1970, a NASA precisou analisar algumas estratégias. Dentre as opções, a escolhida foi a do Encontro Lunar Orbital (LOR), que, em linhas gerais, consiste em lançar um foguete em direção à órbita lunar, descer um lander para a superfície e manter uma nave em órbita. Esta teria que ser acoplada à nave que foi para a superfície lunar para a tripulação conseguir voltar para a Terra.

Essa seria uma opção viável com o foguete Saturn V, mas oferecia também o risco de que, no caso de não conseguirem se encontrar com o módulo que ficou na órbita, os astronautas seriam abandonados à própria sorte, porque não poderiam ser resgatados. A ideia foi criada por Yuri Kondratyuk e foi apresentada pelo engenheiro John Houbolt, que propôs à NASA que as missões lunares fossem feitas com o envio de uma nave para orbitar a Lua e outra para pousar na superfície lunar.

Depois, os dois veículos iriam se encontrar na órbita antes de voltar para casa. Para isso, foi necessário que cada uma das missões do programa executasse uma sequência bastante complexa de manobras em algum nível próximo da perfeição — até a Apollo 13, que acabou conhecida como a "falha bem sucedida da NASA", foi um exemplo da precisão do trabalho entre os astronautas e o centro de controle da missão.

Colocando tudo isso em prática

Tomemos novamente a missão Apollo 11 como exemplo. Duas horas e 44 minutos depois do lançamento, o estágio S-IVB do foguete fez uma breve queima, que posicionou a missão na órbita translunar. Em seguida, o módulo de serviço e comando (CSM) Columbia se separou do estágio, que tinha o adaptador com o módulo lunar (LM) Eagle. Posteriormente, o CSM foi acoplado ao LM, seguido da separação do estágio S-IVB e da injeção na órbita heliocêntrica.

Três dias de viagem depois, os astronautas, o módulo de comando Columbia, o módulo de serviços e o módulo lunar Eagle realizaram a primeira manobra de inserção na órbita lunar. Michael Collins, que serviu como piloto do módulo de comando, reposicionou o LM para que os outros dois ficassem alinhados corretamente. No dia seguinte, Buzz Aldrin e Neil Armstrong se deslocaram ao LM para descerem à superfície lunar.

Enquanto isso, Collins continuou no módulo de comando, orbitando a Lua. O LM tinha dois estágios: o descendente tinha um motor de foguete em sua estrutura para ajudar a reduzir a velocidade durante a descida, e foi mantido na superfície lunar ao fim das atividades por lá. Após explorarem a superfície lunar e coletar amostras, a dupla voltou para a parte superior do LM, onde estava o estágio ascendente, que contava com um compartimento para tripulantes e um motor de foguete.

Para se reencontrar com o módulo de comando, os astronautas ativaram o motor do estágio ascendente na Lua e decolaram, deixando o descendente para trás. Depois, o estágio ascendente se acoplou com o módulo de comando, que estava na órbita lunar. Após os astronautas entrarem no módulo de comando para voltar para casa, o estágio ascendente foi programado para se chocar contra a superfície lunar e ser destruído.

E como funciona a ida e volta da ISS?

Desde o fim do programa Apollo, em 1975, nenhum astronauta foi enviado para a Lua até o momento — o que poderá mudar em um futuro não tão distante com iniciativas como o programa Artemis, da NASA, que visa levar a primeira mulher e o próximo homem para lá em 2024. Por outro lado, há tripulações que seguem se revezando regularmente a estadia a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS), que orbita a Terra a cerca de 400 km de altitude.

Neste caso, o processo de retorno da ISS é um pouco diferente. Considere, por exemplo, a missão Demo-2, em que os astronautas Bob Behnken e Doug Hurley foram para lá com a nave Crew Dragon, da SpaceX: antes do processo de retorno começar, as equipes em solo selecionam localizações para o pouso que possam oferecer o maior número de oportunidades de retorno caso haja alguma mudança no clima, e consideram também os locais que exigem o menor tempo total entre a desacoplagem e a amerissagem (quando a nave cai na água e não no solo).

Ao fim da missão, os astronautas se despediram dos colegas a bordo e se dirigiram à nave, apelidaram de Endeavour, que permaneceu acoplada à ISS desde que chegou lá. Depois, os ganchos que seguram a Crew Dragon se soltaram, seguidos de dois breves disparos do motor para separar a nave da estação. Assim que é liberada, a Crew Dragon realiza outras quatro queimas automaticamente, que a deixam na direção certa para voltar para casa. Pouco antes da queima final, a Crew Dragon se separa de seu compartimento de cargas, que é queimado durante a reentrada na atmosfera.

A última etapa é a queima de desórbita, que deixa o veículo na órbita com a trajetória correta para a amerissagem. Durante a reentrada, que é uma das etapas mais complexas da missão, os astronautas ficam incomunicáveis por cerca de seis minutos, viajando à velocidade de 28 mil km/h. Após entrar na atmosfera terrestre, dois paraquedas são abertos para ajudar a frear a nave, até que ela cai no oceano, onde já há embarcações prontas para recuperá-la com a tripulação protegida em seu interior. Geralmente, o tempo médio para a desacoplagem e o pouso propriamente pode variar de seis a até 30 horas, dependendo da posição da ISS em relação ao local que a nave deverá descer.

Fonte: NASA (1, 2), BBC, Space.com, PopSci, Business Insider