Brasil lidera criação de rota espacial mais econômica entre Terra e Lua

Cientistas desenvolveram uma abordagem matemática inédita para calcular rotas interplanetárias com menor custo energético. A técnica, baseada na teoria das conexões funcionais, permitiu simular 30 milhões de trajetórias entre a órbita da Terra e a da Lua, resultando em um caminho mais eficiente do que todos os registrados na literatura científica. O estudo foi publicado na revista Astrodynamics.

O novo itinerário exige um consumo de combustível 58,80 metros por segundo (m/s) inferior ao das rotas mais baratas já conhecidas. Embora esse número pareça modesto diante do custo total estimado de 3.342,96 m/s para a viagem, seu impacto nos custos da missão é significativo. O principal autor do trabalho, Allan Kardec de Almeida Júnior, pesquisador na Universidade de Coimbra, explica que, em viagens espaciais, cada metro por segundo equivale a um consumo gigantesco de combustível. Participaram também da pesquisa as universidades do Porto e de Évora (Portugal), o Observatório de Paris (França) e as universidades de Pernambuco (UPE) e de São Paulo (USP).

O método reduziu o custo computacional das simulações, permitindo à equipe testar um volume muito maior de possibilidades. Enquanto um trabalho anterior usado como referência realizou 280 mil simulações para chegar a um resultado, o grupo de Almeida conseguiu processar 30 milhões de rotas diferentes.

Trajeto de classe econômica

A rota proposta para levar uma espaçonave da órbita terrestre até a órbita lunar foi dividida em duas etapas. Na primeira, a nave deixaria a Terra e seria conduzida a uma órbita em torno do ponto lagrangiano L1, região entre os dois corpos onde as forças gravitacionais se anulam. Na maior parte desse percurso, a nave seguiria uma “variedade”, uma trajetória natural que leva até essa órbita.

O caminho encontrado, porém, contrariou as expectativas. A maioria dos modelos existentes parte do princípio de que seria mais eficiente entrar na variedade pelo ramo mais próximo à Terra. As simulações da equipe mostraram que a rota mais econômica, na verdade, se aproximava mais da Lua e entrava na variedade pelo lado oposto.

Vitor Martins de Oliveira, pós-doutorando no Instituto de Matemática, Estatística e Ciência da Computação (IME) da USP e coautor do estudo, afirma que a busca por soluções não triviais é uma das vantagens da teoria das conexões funcionais. Em vez de assumir qual trecho da variedade é mais fácil, a análise sistemática com métodos mais rápidos permite encontrar alternativas inesperadas.

Baldeação espacial com comunicação contínua

Com o uso de um sistema de controle, a espaçonave poderia permanecer nessa órbita intermediária pelo tempo necessário até que a missão estivesse pronta para a segunda parte da viagem, quando segue para a órbita lunar. Essa “baldeação espacial” oferece uma vantagem adicional: durante a espera, não há interrupção de comunicação nem com a Terra nem com a Lua.

Oliveira destaca que, na missão Artemis 2, por exemplo, a nave passou um período sem contato com a Terra por estar diretamente atrás da Lua. A órbita indicada pela nova pesquisa é uma solução em que a espaçonave mantém comunicação ininterrupta.

O trabalho contou com apoio da FAPESP (projetos 21/11306-0 e 22/12785-1). Também assina o artigo Leonardo Barbosa Torres dos Santos, doutor pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) com bolsa da Fundação.

Rota mais barata depende da data

Apesar de superar todos os trajetos anteriormente descritos, o caminho traçado pela equipe não representa a passagem mais econômica possível. As simulações consideraram apenas a gravidade da Lua e da Terra, desconsiderando outros corpos celestes como o Sol. A inclusão da gravidade solar poderia gerar uma economia ainda maior, mas restringiria a janela de lançamento a datas específicas.

Almeida ressalva que seria necessário simular uma posição específica do Sol. Se a simulação for feita para o dia 23 de dezembro, por exemplo, os resultados seriam válidos apenas para uma missão iniciada naquela data. Mesmo nesses casos, o método desenvolvido pela equipe para realizar um número maior de simulações pode ser aplicado para encontrar a melhor trajetória. O pesquisador sugere que a análise sistemática utilizada no trabalho pode ser mais adotada daqui para a frente.