Columbus: 10 anos no espaço, quase 60.000 órbitas terrestres e 1.800 experimentos | Aeroflap
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Columbus: 10 anos no espaço, quase 60.000 órbitas terrestres e 1.800 experimentos
No dia 7 de fevereiro de 2008, o ônibus espacial norte-americano Atlantis foi lançado do Kennedy Space Center na Flórida nos EUA para a sua histórica missão STS-122. A carga transportada era o laboratório espacial europeu Columbus desenvolvido e construído pela Airbus para a Agência Espacial Europeia (ESA).
O Columbus entrou em operação em 11 de fevereiro de 2008. Desde então, a Europa conta com o seu próprio posto avançado no espaço, oferecendo aos cientistas de todo o mundo um dos mais fascinantes locais possíveis de pesquisa.
Por 10 anos, o laboratório espacial europeu Columbus construído pela Airbus constitui um módulo permanente da Estação Espacial Internacional (ISS), tendo proporcionado até hoje um ambiente confiável de pesquisa para cerca de 1.800 experiências científicas. A Airbus também construiu o sistema de suporte à vida do módulo Columbus e continua a fornecer numerosos experimentos e os racks para alojá-los.
O laboratório espacial Columbus é a maior contribuição única da Europa para a Estação Espacial Internacional. O módulo de 6,90 metros de comprimento, 4,5 metros de largura e uma massa de lançamento de 12,8 toneladas, que inclui a carga útil de 2,5 toneladas, está equipado com 16 racks flexíveis e de alto desempenho para experiências científicas. Até três astronautas podem trabalhar ao mesmo tempo a bordo do Columbus.
Os racks de experimentos são geralmente utilizados para projetos de pesquisa multidisciplinar em áreas como fisiologia humana e ciências da vida, medicina espacial, ciências materiais, física líquida e sólida e pesquisas de plasma. O módulo do laboratório também conta com uma plataforma ou "varanda" instalada em sua parte externa, que também abriga equipamentos e experimentos como a observação da Terra, testes de tecnologia espacial e pesquisas sobre radiação cósmica.
Como contratada principal da ESA, a Airbus supervisionou um grande consórcio de empresas de 10 nações europeias para desenvolver e construir o Columbus. Foi investido um total de 880 milhões de euros ao longo do desenvolvimento do programa. O centro de controle do Columbus está localizado em Oberpfaffenhofen, na Alemanha, e é operado pelo Centro Alemão de Pesquisas Aeroespaciais (DLR).
"O Columbus é um brilhante exemplo da tecnologia europeia de pesquisas e uma contribuição fundamental dos Estados membros da ESA para a história de sucesso da Estação Espacial Internacional", disse Nicolas Chamussy, Diretor de Sistemas Espaciais da Airbus. "A Airbus é líder europeia em voos espaciais tripulados, serviços de suporte em órbita e robótica espacial, e estamos extremamente orgulhosos por termos contribuído com o com nosso know-how para os 10 anos de operação sem problemas do laboratório Columbus. Parabenizamos a ESA e todos os parceiros da ISS por esta conquista".
O projeto do módulo Columbus se baseia na experiência adquirida pela Airbus no desenvolvimento e construção do laboratório espacial Spacelab no final da década de 1970. Ao todo, 22 missões do Spacelab foram embarcadas no ônibus espacial até 1998.
A ISS, com o Columbus acoplado, orbita a Terra a uma altitude média de 340 km aproximadamente uma vez a cada 90 minutos, completando 16 órbitas em 24 horas. Desde a colocação em funcionamento do Columbus em 11 de fevereiro de 2008 até 11 de fevereiro de 2018, a ISS esteve em órbita por 3.654 dias – o que significa que o Columbus circulou o mundo 58.464 vezes.
A Airbus vem realizando há quase 10 anos, em nome da ESA, atividades operacionais industriais para os componentes europeus da ISS. Entre esses serviços estão manutenção, aquisição de peças sobressalentes e a logística necessária para os elementos europeus da estação espacial, que evidentemente também são necessários para manter em operação o laboratório espacial Columbus.
Mas essas atividades também incluem desenvolvimentos para melhorar a funcionalidade do laboratório, além de proporcionar suporte aos cientistas no desenvolvimento de novas plataformas de experiências. O contrato também abrange transferências de dados, sistemas de comunicação e a manutenção das estações terrestres.
Em 1985, a reunião do Conselho Ministerial da ESA em Roma aprovou a participação europeia na Estação Espacial Internacional. O programa Columbus foi aprovado na reunião seguinte do Conselho Ministerial da ESA em Haia em 1987. A contribuição europeia para a estação espacial consistiu em um módulo acoplado permanentemente à estação central. Inúmeras alterações levaram a uma reorientação do programa, resultando no Columbus como ele é hoje.
1996: Contrato entre a ESA e a MBB-ERNO (hoje a Airbus)
2003: Acidente com o ônibus espacial. Programa temporariamente colocado em espera
2006: O módulo é entregue à NASA em Bremen pela Airbus
7 de fevereiro de 2008: Lançamento a bordo do ônibus espacial Atlantis (lançamentos planejados para dezembro de 2007 e janeiro de 2008 adiados devido a problemas técnicos)
11 de fevereiro de 2008: O laboratório é colocado em operação no espaço
Até o momento, 13 astronautas europeus visitaram o laboratório espacial Columbus, entre os quais os alemães Hans Schlegel e Alexander Gerst. O italiano Paolo Nespoli é o único astronauta da ESA que visitou o Columbus duas vezes. Em 2018, Alexander Gerst voará para a ISS pela segunda vez, como o primeiro alemão a atuar como comandante da estação espacial. Seis astronautas estavam a bordo do ônibus espacial Atlantis na missão STS-122, incluindo dois astronautas da ESA: o alemão Hans Schlegel e o francês Leopold Eyharts.
Benefícios científicos do Columbus/da ISS
O Columbus pode acomodar um total de 16 racks, 10 dos quais podem armazenar o equipamento científico necessário para vários experimentos. Três servem como espaço de armazenamento e as outras três abrigam instalações para a infraestrutura, energia principal e abastecimento de água, bem como para o ar condicionado.
Os racks para experiências da ESA foram desenvolvidos e construídos principalmente pela indústria espacial alemã, na maioria dos casos sob a liderança da equipe da Airbus em Friedrichshafen, na Alemanha.
Exemplos de experimentos
Os racks de experimentos do laboratório Columbus funcionam em grande parte automaticamente ou por controle remoto da Terra. Oito Centros Especiais de Operações de Suporte ao Usuário (USOCs) na Europa permitem que os cientistas monitorem suas experiências diretamente ou intervenham interativamente por tele operação.
Cada cientista é especializado em uma área específica de pesquisa e está baseado em um estado membro diferente da ESA. Estes USOCs formam o elo entre os racks de experimentos no espaço e os cientistas e engenheiros em terra. Redes de alta velocidade garantem uma comunicação rápida. Todos os USOCs estão ligados a centros internacionais de missão nos EUA, Rússia e Japão por meio de uma rede europeia da ISS em terra.
Geoflow – insights sobre o funcionamento do interior do nosso planeta
Em seu interior, a Terra está dividida em camadas como uma cebola. Mas o que exatamente acontece ali? Quais padrões de fluxo, por exemplo, prevalecem na parte fluida do núcleo da Terra e no manto fluido do planeta? Como esses fluxos influenciam a distribuição da temperatura? Até agora, cientistas que procuram pesquisar esses fluxos em um laboratório terrestre enfrentam um obstáculo insuperável: a gravidade.
Ela se manifesta como uma força praticamente homogênea que atua perpendicularmente para baixo. Na realidade, no entanto, as condições são bastante diferentes e não podem ser simuladas sob a influência da gravidade da Terra. O experimento na ISS é uma "Terra em miniatura", na qual os fluxos no núcleo fluido da Terra podem ser simulados e medidos.
SOLO – O sal enfraquece ainda mais os ossos dos astronautas?
Este experimento na ISS estuda a interação entre sal, nutrição, balanço hídrico, circulação e degeneração óssea. Aplicação potencial: novos métodos para tratar a hipertensão influenciando o teor de sal nos alimentos. Durante dois períodos de cinco dias durante a permanência na ISS, os astronautas precisam seguir uma dieta fixa com um teor de sal baixo ou alto. As amostras de urina revelam a eliminação do sal e fornecem informações sobre certos marcadores do metabolismo ósseo.
MFX (Magnetic Field Experiment)
Neste experimento com o campo magnético, condutores elétricos e sensores passam através do campo magnético da Terra. Este experimento analisa a interação entre o campo magnético do planeta e, por exemplo, outros planetas do sistema solar. A ISS viaja através da magnetosfera da Terra a uma velocidade orbital de 7,5 quilômetros por segundo – um ambiente de laboratório único para pesquisar um escudo magnético eficaz.
Os sistemas imunológicos dos astronautas enfraquecem durante suas missões, mas os motivos e os mecanismos por trás disso não são compreendidos. Um abrangente programa experimental (incluindo medições de hormônios e fatores de proteína no sangue e na urina, além de análise da respiração) visa resolver isso. Aplicação potencial: um novo método não invasivo para analisar o gás respiratório que poderia no futuro complementar, ou até mesmo substituir, as análises de sangue. O projeto Immuno conta com cientistas do Klinikum da Universidade Ludwig-Maximiliana de Munique investigando mudanças no sistema imunológico das equipes de longa permanência da ISS, realizando uma abrangente análise bioquímica complementada por testes psicológicos.
A contaminação microbiana por fungos, germes e esporos ameaça as tripulações e o hardware no espaço. Na Estação Espacial Internacional (ISS), bem como em missões de longa duração, esses minúsculos organismos poderiam se tornar um grande problema de saúde e segurança. O E-Nose analisa os gases. O objetivo a longo prazo é "farejar" no ar expirado biomarcadores como aqueles de estresse ou doenças.
ColAIS e sistema de identificação de embarcações – aprimorando, a partir do Espaço, a segurança marítima
O ColAIS e o sistema de identificação de embarcações são exemplos de como a ISS pode ser usada para a observação da Terra. Os navios são as maiores estruturas móveis da humanidade. Eles podem transportar grandes quantidades de mercadorias com poucos funcionários e a um baixo custo. De acordo com a DLR, cerca de 45 mil navios mercantes atualmente utilizam os oceanos do mundo, transportando muitos bilhões de toneladas de mercadorias por ano.
O ColAIS é um sensor experimental da ISS que registra os movimentos dos navios ao receber os sinais do transponder do AIS (Sistema de Identificação Automática) que estes navios transmitem. Os transponders são obrigatórios em navios internacionais com mais de 300 toneladas e navios de carga superiores a 500 toneladas.
EMCS – biologia vegetal em um ambiente sem peso
Na Terra, as plantas se orientam de acordo com a gravidade e a luz, mas como isso funciona no Espaço? Quais são os efeitos do espectro da luz e da radiação cósmica? A pesquisa na "estufa" da EMCS busca respostas para essas perguntas. A EMCS está a bordo da estação espacial há 12 anos (10 deles no Columbus) e oferece estímulos e possibilidades de diagnóstico únicos. Até o momento, cerca de 20 mil sementes foram germinadas, com observação do seu crescimento.
O Levitador Eletromagnético (EML) é um forno de fusão livre de cadinho que, em um ambiente de micro gravidade, pode suspender livremente amostras de liga metálica em uma bobina usando campos eletromagnéticos. Os metais podem ser derretidos e depois arrefecidos de uma maneira que não é possível na Terra, para observar a viscosidade e tensão superficial, a capacidade calorífica específica, a expansão térmica e a condutividade elétrica.
Isso permite a análise das primeiras fases do surgimento de uma estrutura material (nucleação). Os resultados possuem um enorme potencial e destinam-se, por exemplo, a otimizar os processos de fundição industrial e para pesquisa básica, de modo a obter uma maior compreensão das ligas de alta tecnologia e dos materiais semicondutores e suas propriedades em seu estado fundido.
MSG: Microgravity Science Glovebox – Porta-luvas da Ciência em Micro gravidade
O MSG está a bordo da ISS desde julho de 2002 e também foi deslocado durante algum tempo para o módulo Columbus. Seu design único transforma esse porta-luvas em um extremamente versátil "laboratório dentro de um laboratório" para uma gama muito diversificada de experimentos científicos em condições de micro gravidade. O porta-luvas oferece duas barreiras físicas independentes para a realização de experimentos com substâncias ou partículas críticas.
As muitas conexões de alimentação de energia, dados, gás/vácuo e refrigeração, bem como sistemas de vídeo para observação e controle local, ajudam a tornar o MSG o rack científico mais utilizado da Estação Espacial, com mais de 25.000 horas de experimentos até o momento. O MSG desempenha um papel extremamente importante nas pesquisas da ESA e da NASA sob condições de micro gravidade e também para as futuras missões à Lua e Marte.