Órbitas estáveis para um portal lunar

A cápsula Orion tira uma "selfie" com a Lua e a Terra. Crédito: NASA

Cientistas criaram um conjunto de dados e um pacote de software de código aberto que mapeiam um milhão de órbitas cis-lunares, órbitas localizadas entre a Terra e a Lua, estendendo-se do perigeu (ponto mais próximo da Terra) até a região em torno dos pontos de Lagrange do sistema Terra-Lua [1, 2].

Note que não foi mencionado órbitas cis-lunares estáveis. Na verdade, apenas 9,7% delas foram "estáveis" durante os três anos em que a simulação foi executada. As demais resultaram em um satélite colidindo com a Lua, queimando na atmosfera da Terra ou sendo ejetado do sistema por completo. Então, por que é tão difícil permanecer em órbita entre a Terra e a Lua?

O Problema dos Três Corpos é uma série popular da Netflix, baseada em uma série de livros de ficção científica também popular, que faz referência a um problema real da física. Sistemas com três corpos , cada um exercendo gravidade sobre os outros dois e sendo influenciado por ela, são conhecidos como "caóticos". Mesmo uma pequena mudança nas condições iniciais de um sistema assim, ou um leve desvio, como ser atingido por uma tempestade solar, pode causar alterações drásticas e quase imprevisíveis na órbita de um satélite.

Portal Lunar(Lunar Gateway), uma peça fundamental da infraestrutura do programa Artemis.

Devido a esse caos, tem sido difícil desenvolver trajetórias orbitais para missões lunares. É exatamente isso que o novo conjunto de dados/software pretende resolver. Ele fornece um "Padrão Ouro" que pode ser usado para comprovar ou refutar softwares de navegação ou sistemas de planejamento orbital em satélites. Esses recursos se tornarão cada vez mais importantes à medida que mais e mais organizações buscarem utilizar o espaço próximo à Lua para estabelecer bases permanentes  conforme a presença humana no sistema se expande.

Então, como exatamente esse conjunto de dados funciona? Muitos problemas matemáticos avançados precisam começar com um conjunto claramente definido de "condições iniciais" — neste caso, os cientistas do LLNL(Laboratório Nacional Lawrence Livermore) selecionaram a posição do Sol, da Terra e da Lua em 1º de janeiro de 1980 como ponto de partida, para garantir que qualquer pessoa que tentasse usar os dados tivesse um ponto de referência bem definido. Em seguida, eles modelaram um complexo conjunto de forças físicas atuando sobre um satélite no espaço cis-lunar durante seis anos.

Esse pacote de física incluía a gravidade de cada um dos quatro sistemas — a Lua, a Terra, o satélite e o Sol, que foi modelado como uma fonte pontual. Também incluía ressonâncias entre a Terra e a Lua, permitindo capturar algumas das complexidades que tornam esses cálculos tão difíceis. Além disso, incluía a pressão da radiação térmica da Terra e a pressão da radiação solar do Sol, que empurram lentamente um satélite para longe de suas respectivas fontes, adicionando ainda mais complexidade ao sistema.

Como mencionado anteriormente, apenas cerca de 9.700 das 1.000.000 órbitas desenvolvidas pelo LLNL se mostraram estáveis ​​— mas havia agrupamentos notáveis ​​de estabilidade localizados em certas áreas. Um deles, como era de se esperar, estava ao redor dos pontos de Lagrange do sistema — particularmente L4 e L5, os pontos de Lagrange principal e secundário do sistema Terra-Lua. Esses pontos podem servir como "estacionamentos" gravitacionais para infraestruturas importantes, como o Lunar Gateway ou equipamentos similares.

Outro ponto de estabilidade, um pouco mais surpreendente, situava-se numa faixa cerca de cinco vezes mais distante do que a órbita geossíncrona. Nesse caso, parece que as órbitas estão suficientemente distantes para não serem completamente influenciadas pela gravidade da Terra, mas também suficientemente distantes da gravidade da Lua para que esta não cause perturbações significativas em sua trajetória orbital.

Fonte: PHYS.ORG