Atmosfera e suborbital

O que é o destino

Antes de qualquer sonda chegar a outro mundo, todo voo espacial precisa atravessar a atmosfera da Terra. Esse envoltório de gases é o primeiro destino da exploração espacial e, ao mesmo tempo, o cenário onde se decidem lançamentos, reentradas e testes de foguetes. Chamamos de voo suborbital aquele que sobe até grandes altitudes, chega ou se aproxima do espaço e volta ao solo sem completar uma volta em torno do planeta.

A NASA descreve a atmosfera em cinco camadas principais. A troposfera, a mais baixa, vai de zero a cerca de 12 quilômetros e é onde acontece a maior parte do clima; segundo a agência, ela guarda cerca de 99% do vapor de água e dos aerossóis. Acima dela fica a estratosfera, até aproximadamente 50 quilômetros, onde está a camada de ozônio que protege a superfície da radiação ultravioleta. Nessa região a temperatura sobe com a altitude.

Depois vêm a mesosfera, entre cerca de 50 e 80 quilômetros, que fica progressivamente mais fria e chega perto de menos 85 graus Celsius no topo, e a termosfera, de cerca de 80 a 700 quilômetros. É na termosfera que a Estação Espacial Internacional orbita, segundo a NASA. A camada mais externa, a exosfera, se estende até cerca de 10.000 quilômetros, onde as partículas escapam para o espaço.

Onde começa o espaço

Não existe um limite físico nítido entre a atmosfera e o espaço, porque a densidade do ar diminui de forma gradual. Por convenção, cientistas e organizações aeronáuticas usam a linha de Kármán, a 100 quilômetros de altitude. A NASA lembra que 99,99997% da massa da atmosfera está abaixo desse ponto, o que torna a marca uma referência prática, embora não uma fronteira natural.

A própria agência observa que pesquisas recentes indicam que a camada rica em hidrogênio na parte externa da atmosfera pode se estender muito além disso, chegando perto da órbita da Lua. Isso mostra que a fronteira depende do critério adotado. Para a divulgação e para o registro de recordes, no entanto, os 100 quilômetros seguem como o número mais usado.

Como foi explorado: dos primeiros foguetes aos voos tripulados

A história dos voos que saem da atmosfera começa com o foguete de combustível líquido. Em 16 de março de 1926, o norte-americano Robert H. Goddard lançou, numa fazenda em Auburn, Massachusetts, um foguete movido a gasolina e oxigênio líquido. Segundo a NASA, o voo alcançou cerca de 41 pés de altura, algo em torno de 12 metros, e caiu a 184 pés do ponto de partida, num campo de repolhos. O feito foi modesto em números, mas a agência o compara em importância ao voo dos irmãos Wright em Kitty Hawk.

Na década de 1940, o míssil alemão V-2 se tornou a base tecnológica de boa parte da astronáutica do pós-guerra. O Museu Nacional do Ar e do Espaço, do Smithsonian, descreve como a Operação Paperclip levou mais de 1.600 cientistas e engenheiros alemães aos Estados Unidos, entre eles Wernher von Braun, e como os mísseis capturados foram remontados e lançados no campo de provas de White Sands, no Novo México. O museu também cita o Bumper WAC, combinação de um V-2 com um segundo estágio WAC Corporal, apresentado como o primeiro foguete líquido de dois estágios.

O passo seguinte foi levar pessoas. Em 5 de maio de 1961, Alan Shepard voou na cápsula Freedom 7, lançada por um foguete Redstone modificado. Foi um voo suborbital de cerca de 15 minutos, três semanas depois de Yuri Gagarin completar uma órbita em torno da Terra, e terminou com o pouso no oceano Atlântico e o resgate por helicóptero da Marinha. O contraste entre os dois voos ilustra bem a diferença entre subir ao espaço e permanecer nele: Shepard foi e voltou em uma trajetória em arco, sem velocidade suficiente para orbitar.

Por que o voo suborbital importa

Voos suborbitais exigem bem menos energia do que os orbitais e, por isso, são uma etapa natural para testar tecnologias. Foguetes de sondagem, por exemplo, sobem por alguns minutos acima da maior parte do ar e permitem medir a atmosfera alta, a radiação solar e o ambiente de microgravidade sem o custo de colocar uma carga em órbita. O próprio voo de Shepard, em 1961, mostra esse papel de etapa intermediária: antes de qualquer voo orbital americano, o país testou em trajetória de arco a resistência do piloto às forças da decolagem e da reentrada.

Há também um interesse científico direto na própria atmosfera. A NASA associa às camadas superiores fenômenos como as auroras, que ocorrem na termosfera, e a camada de ozônio, que fica na estratosfera. Estudar essas regiões, que ficam entre o alcance dos aviões e o das órbitas mais baixas, ajuda a entender como o planeta se protege da radiação solar.

Do ponto de vista da engenharia, entender a atmosfera é indispensável para todo lançamento e toda reentrada. O ar define o arrasto sofrido pelo foguete na subida, o aquecimento das cápsulas na volta e a vida útil dos satélites em órbita baixa. Cada missão que sai do planeta precisa ser projetada em função dessas camadas.

O que ainda é debatido

A definição exata do limite do espaço continua sujeita a debate. A linha de Kármán a 100 quilômetros é a mais difundida, mas nem todos os órgãos adotam o mesmo número, e a atmosfera não termina de forma abrupta. Por essa razão, a classificação de um voo como espacial ou apenas suborbital depende do critério de quem faz a contagem.

Vale ainda separar dois conceitos que costumam se misturar. Um voo suborbital pode cruzar a marca de 100 quilômetros e mesmo assim não ser orbital, porque a trajetória não tem a velocidade horizontal necessária para se manter em órbita. Foi o caso de Freedom 7 e é o de todos os foguetes de sondagem. A distinção não diminui o feito, mas explica por que agências tratam esses voos como categoria própria.

Este texto se limita a fatos confirmados em páginas de agências espaciais e de instituições de referência. Detalhes de alguns voos históricos, como a duração exata do lançamento de Goddard, aparecem com números diferentes em publicações distintas, e por isso foram omitidos aqui.

Para aprofundar

Para entender o restante do caminho, vale acompanhar como esse primeiro degrau levou à órbita da Terra, com os satélites e as estações espaciais, e depois aos destinos mais distantes do Sistema Solar. Os eventos relacionados a esta página na linha do tempo do site mostram, um a um, os marcos que ligam os foguetes pioneiros aos voos tripulados.

As páginas de referência da NASA sobre as camadas da atmosfera e o registro histórico dos primeiros lançamentos de Goddard são boas leituras complementares, assim como o material do Museu Nacional do Ar e do Espaço sobre os foguetes militares que deram origem à era espacial.