Como funciona a estação espacial internacional

Imagine que você acorda de manhã, olha pela janela e vê o vasto horizonte azul da Terra e a escuridão do espaço . Nosso mundo se estende abaixo de você. Montanhas, lagos e oceanos passam em uma bela corrente de cenário que muda rapidamente enquanto você orbita a Terra a cada 90 minutos. Parece algo irreal saído de um romance de ficção científica, certo? Para as tripulações da Estação Espacial Internacional (ISS), é uma realidade.

Em 1984, o presidente Ronald Reagan propôs que uma estação espacial permanentemente habitada e apoiada pelo governo e pela indústria fosse construída pelos Estados Unidos em cooperação com vários outros países. Quatro anos depois, os EUA juntaram forças com Canadá, Japão e a Agência Espacial Europeia (um programa então co-gerido pelo Reino Unido, França, Bélgica, Itália, Holanda, Dinamarca, Noruega, Espanha, Suíça, Suécia e Alemanha Ocidental ) para tornar esta estação uma realidade [fonte: NASA ].

A lista de países participantes aumentaria durante a década de 1990 com a adesão da Rússia e do Brasil ao projeto, embora o Brasil acabasse por cortar os laços com a ISS em 2007 [fonte: Gizmodo Brasil ].

A NASA assumiu a liderança na coordenação da construção da ISS, e hoje a ISS serve como um laboratório orbital para experimentos nas ciências da vida, física, terrestre e de materiais. Sua montagem em órbita começou em 1998 - e tem sido continuamente ocupada por astronautas desde 2000 [fonte: NASA ].

A ISS contém uma vasta gama de eclusas de ar interconectadas, portas de encaixe e módulos pressurizados [fonte: NASA ]. Em novembro de 2019, um total geral de 222 caminhadas espaciais foi conduzido na estação [fonte: NASA ].

A ISS continuará a receber financiamento até pelo menos 2024. Até agora, esse projeto estelar custou às nações participantes mais de US $ 100 bilhões - e a NASA gasta US $ 3 a US $ 4 bilhões nele por ano [fonte: Greenfieldboyce ].

Neste artigo, veremos as partes da ISS, como ela mantém um ambiente permanente para humanos no espaço, como é alimentada, como é viver e trabalhar na ISS e como, exatamente, usaremos a ISS. Primeiro, começaremos com suas peças e montagem.

1. Peças e montagem da Estação Espacial Internacional
2. Sustentando um Ambiente Permanente no Espaço
3. ISS: Energia, Propulsão e Comunicações
4. Vida a bordo da ISS
5. Trabalhe a bordo da ISS
6. Futuro da ISS

Construir a Estação Espacial Internacional (ISS) é muito parecido com construir um brinquedo usando o conjunto de blocos de construção LEGO ou K'nex de uma criança . Mas, embora esses brinquedos tendam a ser de pequena escala, a ISS contém milhares e milhares de peças [fonte: Hollingham ].

Alguns dos principais componentes estão listados abaixo:

A montagem da ISS começou em novembro de 1998, quando um foguete de prótons russo colocou em órbita o primeiro módulo, o Bloco de Carga Funcional (Zarya). Uma tripulação de três membros, a primeira da ISS, foi lançada da Rússia em 31 de outubro de 2000. A tripulação passou quatro meses e 17 dias a bordo da ISS, ativando sistemas e conduzindo experimentos.

Desde então, muitas espaçonaves colocaram peças da ISS em órbita e sua montagem progrediu. Durante esse tempo, a ISS foi tripulada continuamente - até o momento desta redação, 61 expedições de astronautas alcançaram a estação com sucesso.

A atual tripulação da estação assumiu o comando em 3 de outubro de 2019. Esses bravos homens e mulheres são membros da Expedição 61 da ISS e estão programados para permanecer no espaço até fevereiro de 2020. Nesse ponto, eles passarão as rédeas para a Expedição 62 [fonte: NASA ].

No que diz respeito aos escritórios domésticos, a ISS é muito grande. Com 357 pés (108,8 metros) de comprimento, a treliça acima mencionada é quase tão longa quanto um campo de futebol americano. A ISS também contém vários conjuntos de painéis solares retangulares largos com envergadura de asas de 73 metros. Em termos de peso, a estação inclina a balança em 925.335 libras (419.725 kg). E tem 13.696 pés cúbicos (388 metros cúbicos) de espaço habitável a bordo, um número que aumenta cada vez que outro navio atraca lá [fonte: NASA ].

Viajando a uma velocidade vertiginosa de 17.227 milhas por hora (27.724 quilômetros por hora), a ISS orbita a uma altitude média de 248 milhas (400 quilômetros) acima da superfície da Terra [fontes: Conners e Howell ].

Essas são algumas especificações bastante impressionantes, mas talvez ainda mais impressionante é como a ISS mantém um ambiente habitável.

Manter um ambiente permanente no espaço requer coisas que muitos de nós temos como certas aqui na Terra: ar fresco, água, comida, um clima confortável (e habitável) - até mesmo a remoção de resíduos e proteção contra incêndio.

Primeiro, vamos falar sobre o ar. Todos nós precisamos de oxigênio, então a ISS tem vários métodos para fornecê-lo. Uma técnica é fazer com que o oxigênio da Terra seja entregue por meio de uma espaçonave. Os ônibus de abastecimento chegam periodicamente com oxigênio fresco a reboque; o elemento vital é depositado em tanques pressurizados a bordo da ISS [fonte: Starr ].

A ISS também possui sistemas que tornam o oxigênio respirável da água reciclada . Usando a eletrólise, alguns desses dispositivos dividem a água em gás hidrogênio e oxigênio. Em seguida, o primeiro é combinado com um composto indesejável: o dióxido de carbono (CO2). Os humanos exalam naturalmente esse gás incolor, mas inspirar muito dele é perigoso para a saúde.

Na Terra, isso geralmente não é um problema porque as plantas absorvem CO2. No entanto, o espaço para jardinagem é limitado na ISS, o que forçou os engenheiros a criar outros meios de remover o excesso de dióxido de carbono. Após o início do processo de eletrólise, parte do hidrogênio reage com o CO2 acumulado. Um subproduto dessa interação é o gás metano, que é liberado para o espaço. Enquanto isso, o oxigênio recuperado entra no suprimento de ar da ISS [fonte: Starr ].

Enquanto isso, a água potável é reciclada, pois alguns desses mecanismos reembalam o ar exalado. A água também é recuperada pela coleta de suor, condensação e urina. (Além disso, alguns membros da tripulação obtêm água reutilizando a água do banheiro e do chuveiro.) Como disse o astronauta Douglas H. Wheelock ao The New York Times em 2015, quando você está a bordo da ISS, "o café de ontem é o café de amanhã" [fonte: Schwartz ] .

De acordo com a Agência Espacial Européia, até 80% da água a bordo da ISS é reciclada. No momento, a ESA e a NASA estão trabalhando em sistemas de suporte de vida em circuito fechado que - se aperfeiçoados - podem eliminar totalmente a necessidade de remessas de água e oxigênio para a ISS. Descobrir essa tecnologia pode se tornar a chave para as viagens espaciais de longa distância no futuro [fonte: ESA ].

OK, e quanto a comida? Bem, além de algumas plantas comestíveis que são cultivadas a bordo , a tripulação depende de entregas de rotina para a maior parte de seu suprimento de alimentos. Muitos itens do menu vêm em pacotes especialmente projetados que são fixados nas superfícies de jantar com velcro, para que não flutuem no ambiente de baixa gravidade [fontes: Lemonick e Preston ].

Manter uma temperatura habitável é outra grande preocupação. A ISS tem que suportar temperaturas de -128 graus Celsius (-200 graus Fahrenheit) e 93 graus Celsius (200 graus Fahrenheit) nos lados escuro e ensolarado de nosso planeta, respectivamente.

Entre outras coisas, o ISS usa aquecedores, isolamento e circuitos de circulação de amônia líquida para regular a temperatura interna. Os radiadores ajudam a liberar o excesso de calor gerado por algumas das máquinas a bordo da estação [fonte: NASA ].

Como qualquer casa, o ISS deve ser mantido limpo. Isso é especialmente importante no espaço, onde sujeira e detritos flutuantes podem representar um perigo. Os astronautas usam vários lenços, detergentes e aspiradores para limpar superfícies, filtros e a si próprios. O lixo é coletado em sacos, armazenado em uma nave de suprimentos e devolvido à Terra ou incinerado [fontes: Anderson e NASA ].

Proteção contra incêndio a bordo da ISS

O fogo é um dos perigos mais perigosos do espaço. Durante a estada do astronauta Jerry Linenger na Mir, um incêndio começou. A tripulação da Mir extinguiu o incêndio, mas não antes que a estação fosse danificada. Para detectar e suprimir incêndios, a ISS possui detectores de fumaça, sistemas de alarme computadorizados, extintores de incêndio e dispositivos respiratórios portáteis [fonte: Frost ].

A ISS é basicamente uma grande nave espacial. Como tal, deve ser capaz de se mover no espaço, sua tripulação deve manter comunicação com os controladores em terra e precisa de energia para realizar tudo isso.

Consideramos natural ter energia elétrica para operar nossas casas. Por exemplo, para usar sua cafeteira, basta ligá-la na parede sem pensar duas vezes. Como em sua casa, todos os sistemas de bordo da ISS requerem energia elétrica. Oito grandes painéis solares fornecem energia elétrica do sol . Cada matriz tem 240 pés (73 metros) de comprimento e - cumulativamente falando - eles cobrem uma área de cerca de 27.000 pés quadrados (2.500 metros quadrados) [fonte: NASA ].

Em cada matriz há duas mantas de células solares. Cada cobertor está em um lado de um mastro telescópico que pode se estender e retrair para dobrar ou formar a matriz. O mastro gira em um gimbal para manter as células solares voltadas para a luz do sol [fonte: NASA ].

Como uma rede na Terra , as matrizes geram energia primária - aproximadamente 84 a 120 quilowatts de eletricidade, o suficiente para manter as luzes acesas em mais de 40 casas. A NASA relata que, embora a ISS absorva a luz do sol, cerca de 60% da eletricidade produzida nesse processo vai para a recarga das baterias a bordo da estação [fonte: NASA ].

Originalmente, a ISS era equipada com baterias de níquel-hidrogênio. Mas em 2017, após 18 anos de serviço, eles foram trocados por duas dúzias de substituições de íons de lítio. Além de mais baratas, essas baterias atualizadas são menores e mais eficientes [fonte: Nield ].

Nas altitudes orbitais da estação, a atmosfera da Terra é extremamente fina, mas ainda espessa o suficiente para arrastar a ISS e desacelerá-la. Portanto, a ISS deve ser impulsionada de vez em quando, para que não saia do curso e perca altitude ao desacelerar.

O módulo de serviço russo Zvezda tem motores que podem ser usados ​​para impulsionar o ISS. No entanto, são os navios de abastecimento do Progress que fazem a maior parte da reinicialização. Cada evento de reinicialização requer a queima do motor do foguete [fontes: Pappalardo e NASA ].

Essas mesmas tecnologias também podem ser usadas para desviar a embarcação de detritos espaciais flutuantes (o que é bastante comum atualmente). Além disso, às vezes é necessário ajustar a orientação da estação para que ela possa se conectar com os navios de abastecimento.

A tripulação da ISS não só precisa saber seu paradeiro preciso, mas também precisa localizar outros objetos - e descobrir como ir do Ponto A ao Ponto B, especialmente durante as reinicializações.

Para discernir sua velocidade e localização, a ISS usa sistemas de posicionamento global (GPS) da Rússia e dos Estados Unidos. Além disso, existem vários giroscópios giratórios que ajudam a estação a manter a orientação desejada. Além disso, a ISS monitora o paradeiro de várias estrelas, satélites e estações terrestres - bem como o sol - para navegar [fonte: NASA ].

Agora que você sabe como a ISS permanece no espaço, vamos ver como é morar e trabalhar lá.

ISS Communications

Para ficar em contato com a Terra, a estação usa satélites de rastreamento e retransmissão de dados (TDRS) localizados a 22.000 milhas (35.400 quilômetros) acima da Terra. Sinais contendo voz, vídeo e dados científicos são transmitidos por meio desses dispositivos, que facilitam o contato entre a ISS e o controle da missão da NASA em Houston (por meio do Complexo White Sands no Novo México) [fonte: NASA ].

Como é viver e trabalhar no espaço? Para responder a essas perguntas, a engenheira de voo da Expedição 18, Sandra Magnus, escreveu uma série de anotações no diário sobre sua estadia a bordo da ISS. Ela observa uma coisa importante: o dia de um astronauta é planejado com bastante antecedência por muitas pessoas em terra.

"Bem, temos um programa de agendamento a bordo que contém todos os detalhes que precisamos saber para fazer o trabalho do dia. Diz-nos quando devemos ir dormir, quando devemos levantar, quando devemos fazer exercício , quando comer nossas refeições, quando e quais informações precisamos para realizar nossas tarefas "[fonte: NASA ].

Embora isso pareça extremamente rígido, Magnus observa que há alguma flexibilidade no fato de que nem todas as tarefas precisam ser realizadas no horário exato que o cronograma determina.

A microgravidade apresenta um ambiente desafiador. Esteja você dormindo, trocando de roupa ou trabalhando, a menos que esteja preso no lugar, tudo na ISS ao seu redor flutua. Mesmo algo aparentemente tão simples como levantar de manhã e se vestir não é tão simples. Imagine abrir seu armário apenas para que o conteúdo saia voando para você. Ao se preparar pela manhã, Magnus afirma: "Quando eu tiro meus PJs, eles flutuam nos alojamentos da tripulação até que eu os junte e imediatamente os prenda atrás de uma faixa ou algo assim. Basta dizer que é fácil perder coisas aqui! " [fonte: NASA ].

Depois de acordar, cada astronauta tem um período pós-sono para se preparar para o dia. Durante esse tempo, os astronautas podem tomar banho, comer e ler o Relatório de Resumo Diário (que - curiosidade - inclui um desenho animado ocasional) [fonte: ESA ].

O exercício é importante ; na microgravidade, os ossos perdem cálcio e os músculos perdem massa. Portanto, os astronautas reservam bastante tempo para os treinos. Na ISS, os membros da tripulação passam 2,5 horas por dia - seis dias por semana - se exercitando rigorosamente. Embora tenham uma esteira, uma bicicleta ergométrica e equipamento de levantamento de peso à disposição, esses itens parecem bem distantes do equipamento que você veria em um YMCA. (Pelo amor de Deus, o dispositivo de levantamento de peso usa sucção para criar resistência - e a bicicleta nem mesmo tem um assento.) [Fonte: Grush ].

Para o trabalho real, os astronautas conduzem experimentos ou manutenção. Como a maioria das pessoas, eles param para almoçar ao meio-dia. Então, uma vez que o dia de trabalho termina, há uma conferência de planejamento à noite entre a equipe e os centros de controle de solo. Quando isso acabar, os astronautas estarão livres para sair, jantar e interagir com as redes sociais.

Falando em lazer, a ISS é conhecida por realizar noites de cinema para toda a equipe. Em 2016, o Gizmodo relatou que os astronautas tiveram acesso a mais de 500 filmes e programas de TV, incluindo "Modern Family", "Pulp Fiction" e "Notorious" de Alfred Hitchcock. Um ano depois, a Expedição 54 causou alvoroço no Twitter quando eles assistiram a uma exibição de "Star Wars: O Último Jedi" a bordo da ISS [fontes: Novak e NASA ].

O ideal é que os membros da tripulação tenham 8,5 horas de sono por noite. Devido ao zumbido das máquinas, alguns astronautas usam protetores de ouvido enquanto cochilam [fonte: ESA ].

Pesquisadores de governos, indústrias e instituições educacionais podem usar as instalações da ISS. Mas por que eles iriam querer? O ISS é usado principalmente para pesquisas científicas no ambiente único de microgravidade. A gravidade influencia muitos processos físicos no planeta azul que chamamos de lar. Por exemplo, a gravidade altera a maneira como os átomos se juntam para formar cristais. A bordo da ISS, os experimentadores podem desenvolver cristais maiores e mais bem estruturados do que na Terra. Esses cristais podem nos ajudar a desenvolver medicamentos mais eficientes para combater doenças - ou melhorar as tecnologias de detecção de radiação [fonte: ISS: US National Laboratory ].

Além disso, a microgravidade faz algumas coisas interessantes para disparar. Quando você acerta um fósforo aqui na Terra, a gravidade puxa o ar frio e denso para baixo à medida que os gases quentes sobem - resultando em uma chama em forma de lágrima. Mas na ISS, as chamas assumem a forma de pequenas esferas azuladas. Isso já revolucionou nossa compreensão do processo de combustão. No futuro, os experimentos com chamas da ISS podem ajudar os engenheiros a projetar queimadores mais eficientes e, simultaneamente, reduzir a poluição do ar [fonte: NASA ].

A exposição prolongada à falta de peso faz com que nosso corpo perca cálcio dos ossos, tecido dos músculos e fluidos do corpo. Esses efeitos da falta de peso - como diminuição da força muscular, osteoporose - são semelhantes aos efeitos do envelhecimento. Portanto, a exposição à microgravidade pode nos dar novos insights sobre o processo de envelhecimento e tratamentos associados.

De fato, testes com NELL-1 - uma proteína experimental que combate a osteoporose (entre outras coisas) formando osso de substituição - em ratos de laboratório a bordo da estação produziram alguns resultados encorajadores [fonte: Smith ].

Os astronautas da ISS também podem testar sistemas de suporte de vida ecológico. Em seu local de trabalho orbital, é possível cultivar várias plantas que liberam oxigênio, absorvem dióxido de carbono e fornecem alimento. Essas habilidades de jardinagem serão importantes para longas viagens espaciais interplanetárias, como uma viagem a Marte.

Orbitando acima da atmosfera da Terra e equipada com instrumentos e telescópios especiais, a tripulação da ISS pode monitorar muitas coisas diferentes na superfície do planeta (como padrões de distribuição de geleiras) e em sua atmosfera (como furacões em desenvolvimento ). Os membros da tripulação também podem usar telescópios para observar o sol, estrelas e galáxias sem distorção da atmosfera terrestre.

Para obter detalhes sobre projetos e experimentos específicos, você pode verificar o site de Experimentos de Estação Espacial da NASA . Agora vamos dar uma olhada no futuro da ISS.

O conhecimento raramente sai barato. Com seu preço acumulado de US $ 100 bilhões, a ISS é um dos empreendimentos mais caros da história da humanidade. E durante anos, as considerações financeiras levantaram questões sobre seu futuro de longo prazo.

A ISS continuará a receber financiamento das nações participantes até o ano de 2024. Mas algumas mudanças importantes podem estar no horizonte. Recentemente, a NASA lançou a ideia de abrir a estação para empresas privadas, de acordo com o plano original de Reagan. Talvez - em algum momento - os interesses comerciais assumam o controle parcial ou total das operações do dia-a-dia. No entanto, resta saber se a ISS algum dia se tornará propriedade privada, como esperam alguns políticos [fontes: Greenfieldboyce e NASA ].

O espaço pode ser a fronteira final, mas agora o domínio orbital da estação se tornou um território familiar. Mais uma vez, a NASA está voltada para a lua : o programa Artemis em andamento deve pousar "a primeira mulher e o próximo homem" no satélite natural da Terra até o ano 2024 [fonte: NASA ].

Então, onde fica a ISS? Alguns administradores e cientistas acham que a pesquisa conduzida a bordo da estação é vital para o sucesso dos futuros esforços de exploração lunar e marciana. Ainda assim, as questões de dinheiro sempre levantam suas cabeças feias. A ISS desvia muito dinheiro de outros projetos de viagens espaciais - ou vice-versa? Em 31 de julho de 2019, o administrador da NASA Jim Bridenstone anunciou que a agência não tiraria nenhum dinheiro de seu orçamento da ISS para financiar uma nova tecnologia de pouso lunar. “Se você canibalizar a ciência, se você canibalizar a ISS, você nunca alcançará o estado final que deseja”, opinou ele [fontes: Matthews e Redd ].

Enquanto os governos participantes discutem o destino de seus laboratórios fora do mundo, a China vem criando suas próprias estações espaciais. Dois protótipos - Tiangong-1 e Tiangong-2 - encerraram suas execuções na órbita do planeta Terra em 2018 e 2019, respectivamente. Ambas as embarcações foram usadas para ajudar a desenvolver um projeto maior e melhor: Uma grande nave parecida com uma ISS com três módulos. De acordo com o governo chinês, ele será concluído no início da década de 2020 [fonte: Jones ].

Não importa o que aconteça amanhã para a Estação Espacial Internacional, ela continua sendo uma maravilha da construção espacial - e até o momento em que este livro foi escrito, é a mais longa missão espacial tripulada já realizada.

Pesquisa e Desenvolvimento de Engenharia na ISS

Grande parte da pesquisa e desenvolvimento de engenharia da ISS vai para o estudo dos efeitos do ambiente espacial sobre os materiais e o desenvolvimento de novas tecnologias para a exploração do espaço, incluindo novas técnicas de construção para construir coisas no espaço, novos sistemas de comunicação de satélites e naves espaciais e sistemas avançados de suporte de vida para naves espaciais futuras.

O ambiente espacial tem perigos únicos (micrometeoróides, raios cósmicos, oxigênio atômico) que afetam materiais como os usados ​​em naves espaciais. Os materiais podem ser colocados na ISS em plataformas abertas, expostos ao ambiente espacial por anos e prontamente analisados. As informações recuperadas ajudarão a projetar melhores materiais para fazer os satélites durarem mais no ambiente espacial.

Publicado originalmente: 6 de dezembro de 2019

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