O próximo alvo da NASA para explorar o Sistema Solar é Urano. Desde 2022, a comunidade científica americana considera a missão UOP ( Uranus Orbiter Probe ) sua principal prioridade. O problema, como vimos com o conceito da missão europeia L4 para Encélado , é que viajar para o Sistema Solar exterior leva tempo. Muito tempo. Comparado com as escalas de tempo impostas pela mecânica celeste além de Marte, nossas vidas são um mero piscar de olhos. A sonda UOP, pesando cerca de cinco toneladas, levaria cerca de treze ou quatorze anos para chegar a Urano, mesmo usando um foguete potente como o Falcon Heavy e uma passagem próxima a Júpiter. Não podemos ir mais rápido? Bem, sim, esses tempos de voo podem ser reduzidos usando estágios de propulsão elétrica (solar ou nuclear) ou empregando foguetes maiores, o que aumenta os custos.
Mas em qualquer conversa sobre a exploração do Sistema Solar, é inevitável que, mais cedo ou mais tarde, o "trunfo da Starship" seja mencionado. A ideia é mais ou menos a seguinte: "Se a Starship consegue alcançar qualquer canto do Sistema Solar, por que não esquecer as sondas e seus lançadores e substituí-los pelo sistema de lançamento da SpaceX?" A resposta, obviamente, é que outros fatores desempenham um papel importante nos programas espaciais, como o prestígio nacional ou o favorecimento de diferentes empresas dos países participantes. Em segundo lugar, não podemos esquecer que, mesmo usando os lançadores mais caros, o custo do lançamento geralmente representa uma parte relativamente pequena do orçamento de uma missão complexa (por exemplo, a missão Cassini custou cerca de US$ 3,3 bilhões, dos quais US$ 422 milhões foram para o lançamento).
Em todo caso, um estudo recente do MIT decidiu abordar a questão de frente e analisar as vantagens de usar a Starship em uma missão a Urano. O estudo é categórico: a Starship poderia reduzir o tempo de voo de 13-14 anos para apenas 6,5 anos, ou seja, pela metade. Na realidade, esse tempo de voo só é possível se a Starship realizar a aerocaptura na atmosfera de Urano, uma manobra nada trivial. Embora a Starship possua um escudo térmico, como todos sabemos, é outra questão saber se ele pode suportar os rigores da aerocaptura após sete anos de exposição ao espaço sideral. Sem a aerocaptura, a Starship pode enviar uma sonda de 5 toneladas, como a UOP, em uma trajetória direta para Urano em dez anos com nove voos de reabastecimento de propelente (usando as especificações do veículo de alguns anos atrás). Nesse cenário, a sonda seria responsável por realizar a queima de frenagem ao redor de Urano. Se a própria Starship realizasse essa ignição, o tempo de voo seria inferior a nove anos e poderia ser alcançado com apenas sete voos de transferência de propelente. Se, em vez de reduzir o tempo de voo, quisermos aumentar a carga útil, podemos enviar uma sonda de 25 toneladas (!) para Urano — sem aerocaptura — com nove voos de reabastecimento, levando o mesmo tempo para chegar que a UOP (um exemplo dessa capacidade pode ser visto no conceito da missão Arcanum , que usa a Starship como veículo de lançamento).
O maior trunfo da Starship é também sua maior fraqueza: o reabastecimento em órbita. A Starship, que é essencialmente o segundo estágio de um sistema totalmente reutilizável, requer transferências de propelente em órbita para escapar da gravidade da Terra. Isso representa um desafio tecnológico considerável, mas tem a importante vantagem de permitir que a equação de Tsiolkovsky (a equação do foguete) seja "redefinida". Para alcançar os planetas do Sistema Solar, a maior parte do Delta-V (energia) necessário é gasta simplesmente para atingir a órbita terrestre baixa (LEO). Ao reabastecer em órbita, a Starship pode, em teoria, alcançar qualquer corpo do Sistema Solar (embora descer até sua superfície e retornar seja uma questão completamente diferente, já que o gasto de energia pode ser muito maior).
Ninguém espera que a UOP seja lançada antes de 2035, portanto, não poderá realizar um sobrevoo de Júpiter. Embora sobrevoe Vênus para compensar parcialmente essa desvantagem, o tempo de viagem até Urano será superior a quatorze anos. Isso é importante porque a única sonda a sobrevoar Urano foi a Voyager 2, em 1986, e isso ocorreu durante o solstício de verão do hemisfério sul. Como o eixo de Urano é inclinado, a Voyager só conseguiu observar o hemisfério sul do planeta e suas luas. Por esse motivo, chegar antes de 2049, quando ocorrerá o equinócio, é considerado prioritário. Dessa forma, ambos os hemisférios poderão ser observados, especialmente o norte. Afinal, as luas de Urano são os maiores corpos sólidos do Sistema Solar que menos conhecemos.
Em teoria, a Starship pode realizar uma transferência direta para qualquer planeta do Sistema Solar exterior, com uma janela de lançamento que se repete anualmente, sem necessidade de sobrevoos por outros planetas para obter assistência gravitacional. A capacidade de carga útil e o número de lançamentos necessários para abastecer a Starship com propelente ainda estão em debate e dependerão do desempenho do projeto final (versão Block 4?).
O principal problema com toda essa arquitetura é que, se quisermos aproveitar ao máximo as capacidades da Starship — captura de aeronaves, inserção orbital usando os motores da espaçonave, etc. — a SpaceX precisa ser capaz de manter o metano e o oxigênio em estado líquido por muitos anos , algo que está longe de ser possível (mesmo manter os propelentes líquidos em órbita da Terra por meses exigirá tanques de armazenamento especiais). E, para piorar a situação, não será possível usar energia solar para resfriar os propelentes, exceto nos estágios iniciais do voo, então reatores nucleares, que são enormes, serão necessários. Se optarmos pela captura de aeronaves, como já mencionamos, teremos que verificar se o escudo térmico de cerâmica consegue suportar as temperaturas e a radiação do espaço interplanetário por sete anos ou mais.
Em todo caso, o estudo demonstra o grande potencial da Starship para explorar o Sistema Solar exterior e, especificamente, a significativa vantagem que a aerocaptura oferece na redução do tempo de voo e no aumento da massa da carga útil. Sem a aerocaptura, por mais potente que seja o nosso lançador, estamos limitados a velocidades de chegada à órbita de Urano em torno de 2 km/s. Se reduzirmos o tempo de voo, a velocidade de chegada será maior e, portanto, os custos com propelente também serão maiores. Claro que isso não é novidade: a NASA estuda a aerocaptura há décadas para reduzir a duração das missões a Urano e Netuno, e essa técnica foi inclusive considerada recentemente para a missão UOP . Em outras palavras, para que a Starship se torne uma opção viável para o estudo de Urano, precisamos esperar que o sistema atenda às especificações prometidas.
Referências:
- https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/163232/Starship_for_Uranus_IEEE_2025.pdf
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