CubeSats, os menores dos satélites, estão mudando a maneira como exploramos o Sistema Solar e o Universo

A maioria dos CubeSats pesa menos do que uma bola de boliche, e alguns são pequenos o suficiente para caberem na mão. Mas o impacto que esses instrumentos estão tendo na exploração espacial é gigantesco. Os CubeSats - satélites em miniatura, ágeis e baratos - estão revolucionando a forma como os cientistas estudam o Cosmos.

Um CubeSat de tamanho padrão é minúsculo, pesando cerca de 2 quilos. Alguns são maiores, talvez quatro vezes o tamanho padrão, mas outros não passam de meio quilo.

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Como professor de engenharia elétrica e de computação que trabalha com novas tecnologias espaciais, posso dizer que os CubeSats são uma maneira mais simples e muito menos dispendiosa de chegar a outros mundos.

Em vez de carregar muitos instrumentos com uma vasta gama de finalidades, esses satélites de tamanho diminuto geralmente se concentram em um objetivo científico específico, seja descobrir exoplanetas ou medir o tamanho de um asteroide. Eles são acessíveis a toda a comunidade espacial, até mesmo para pequenas empresas privadas e laboratórios universitários.

Pequenos satélites, grandes vantagens

As vantagens dos CubeSats em relação aos satélites maiores são significativas. Os CubeSats são mais baratos para desenvolver e testar. A economia de tempo e dinheiro significa missões mais frequentes e diversificadas, além de menos riscos. Só isso já aumenta o ritmo das descobertas e da exploração espacial.

Os CubeSats não viajam com sua própria energia. Em vez disso, eles "pegam carona" como parte da carga útil do lançamento de uma espaçonave maior. Colocados em contêineres, eles são ejetados para o espaço por um mecanismo de mola preso aos seus dispensadores. Uma vez no espaço, eles são ligados. Os CubeSats geralmente concluem suas missões queimando ao entrarem na atmosfera da Terra após suas órbitas decaírem lentamente.

Caso em questão: Uma equipe de estudantes da Universidade de Brown construiu um CubeSat em menos de 18 meses por menos de US$ 10.000. O satélite, do tamanho aproximado de um pão de forma e desenvolvido para estudar o problema crescente de detritos espaciais, foi lançado de um foguete da SpaceX em maio de 2022.

Um CubeSat pode ir do projeto ao espaço em menos de um ano.

Tamanho menor, finalidade única

Enviar um satélite para o espaço não é novidade, é claro. A União Soviética lançou o Sputnik 1 na órbita da Terra em 1957. Atualmente, existem cerca de 10.000 satélites ativos, e quase todos estão envolvidos em comunicações, navegação, defesa militar, desenvolvimento tecnológico ou observação e estudo da Terra. Apenas alguns, menos de 3%, estão explorando o espaço distante.

Isso está mudando agora. Satélites grandes e pequenos estão se tornando rapidamente a espinha dorsal da pesquisa espacial. Essas sondas espaciais agora podem viajar longas distâncias para estudar planetas e estrelas, lugares onde a exploração humana ou os pousos de veículos-robôs são caros, arriscados ou simplesmente impossíveis com a tecnologia atual.

Mas o custo de construção e lançamento de satélites tradicionais é considerável. A sonda Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA, lançada em 2009, tem aproximadamente o tamanho de uma minivan e custou cerca de US$ 600 milhões. Ja a sonda Mars Reconnaissance Orbiter, com uma envergadura equivalente ao comprimento de um ônibus escolar, custou mais de US$ 700 milhões. A Solar Orbiter da Agência Espacial Europeia, uma sonda de 1.800 quilos projetada para estudar o Sol, custou US$ 1,5 bilhão. E a Europa Clipper, com o comprimento de uma quadra de basquete e lançamento previsto para outubro de 2024 para estudar Europa, um das luas de Júpiter, custará US$ 5 bilhões.

Essas sondas, relativamente grandes e surpreendentemente complexas, são vulneráveis a possíveis falhas, uma ocorrência não rara. Em um piscar de olhos, anos de trabalho e centenas de milhões de dólares podem ser literalmente perdidos no espaço.

Cientistas da NASA preparam a espaçonave ASTERIA para seu lançamento em abril de 2017. NASA/JPL-Caltech

Explorando a Lua, Marte e a Via Láctea

Por serem tão pequenos, os CubeSats podem ser enviados ao espaço em grande número em um único lançamento, reduzindo ainda mais os custos. Ao lançá-los em grandes lotes, conhecidos como constelações, vários dispositivos podem fazer observações do mesmo fenômeno.

Por exemplo, como parte da missão Artemis I em novembro de 2022, a NASA lançou 10 CubeSats. Os satélites estão agora tentando detectar e mapear onde há água na Lua. Essas descobertas são cruciais, não apenas para as próximas missões Artemis, mas para os planos de sustentar uma presença humana permanente na superfície lunar. Estes CubeSats custaram US$ 13 milhões.

Os MarCO CubeSats - dois deles -, por sua vez, acompanharam o módulo de pouso da sonda Insight, da NASA, a Marte em 2018. Eles serviram como um retransmissor de comunicações em tempo real para a Terra durante a entrada na atmosfera, a descida e o pouso da Insight na superfície marciana. Como bônus, eles capturaram fotos do planeta com câmeras de grande angular. Eles custaram cerca de US$ 20 milhões.

Os CubeSats também já estudaram estrelas próximas e exoplanetas, que são mundos fora do Sistema Solar. Em 2017, o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA lançou o ASTERIA, um CubeSat que observou 55 Cancri e, também conhecido como Janssen, um exoplaneta oito vezes maior que a Terra, orbitando uma estrela a 41 anos-luz de distância de nós. Ao reconfirmar a existência desse mundo distante, o ASTERIA tornou-se o menor instrumento espacial a detectar um exoplaneta.

Mais duas missões espaciais CubeSat notáveis estão a caminho: O HERA, com lançamento previsto para outubro de 2024, lançará os primeiros CubeSats com destino ao espaço profundo da Agência Espacial Europeia para visitar o sistema de asteroides Didymos, que orbita o Sol entre Marte e Júpiter, no cinturão de asteroides.

E o satélite M-Argo, com lançamento planejado para 2025, estudará a forma, massa e minerais da superfície de um asteroide que logo será nomeado. Do tamanho de uma mala de viagem, o M-Argo será o menor CubeSat a realizar sua própria missão independente no espaço interplanetário.

O rápido avanço e os investimentos substanciais já feitos em missões CubeSat podem ajudar a tornar os seres humanos uma espécie multiplanetária. Mas essa jornada será longa e depende da próxima geração de cientistas para desenvolver esse sonho.

Mustafa Aksoy trabalha para a State University of New York (SUNY) em Albany e a Research Foundation for SUNY. Ele recebe financiamento da National Aeronautics and Space Administration (NASA), da National Science Foundation (NSF) e da Oak Ridge Associated Universities (ORAU). Ele é integrante sênior do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).