Ônibus Espacial Columbia Explode faltando 16 minutos para a aterrisagem

1o. de fevereiro de 2003.

>>Os americanos, escaldados nas águas ferventes das recentes tragédias, amargaram mais este incidente: no dia 1o. de fevereiro, por volta das 9h locais (12h no Brasil) faltando apenas 16 minutos para o pouso, explodia o Ônibus Espacial Columbia, levando consigo 7 vidas humanas, entre as quais uma indiana e o primeiro astronauta israelense. A NASA (Agência Aero-Espacial Norte Americana) ainda não sabe explicar o motivo, mas já vários engenheiros haviam advertido o órgão das más condições da aero-nave com 22 anos de uso, tais como vazamentos, trincas, etc.. Quando do último lançamento (a viagem sem volta para seus tripulantes), viu-se um clarão numa das asas, que foi identificado como o desprendimento de uma peça cerâmica para o isolamento térmico da nave, mas que não foi tido como grave. É muito provável que uma falha justamente nesta estrutura foi a causa da tragédia.

A Reentrada. Para entendermos o que pode ter ocorrido, temos que entender que o ônibus espacial está inicialmente em órbita ao redor da Terra, numa altura maior que 150km (onde não existe ar). A partir da lei de Newton para a gravitação (que se resume em F = GMm/r², onde G é uma constante universal, M é a massa da Terra, m é a massa da nave e r é a distância entre a nave e o centro da Terra), igualando-a à força resultante centrípeta (Rc = mv²/r, onde v é a velocidade da nave), podemos calcular a velocidade que a nave deve ter para permanecer na órbita: v² = GM/r, ou seja, a velocidade não depende das características da nave, apenas de sua altura. Na altura mencionada (150km), substituindo-se os outros dados (G = 6,7x10E7, M = 6x10E24 kg*) temos que a velocidade é de aproximadamente 28.200km/h. Essa velocidade num lugar onde não existe ar é fácil manter, uma vez que não existe resistência ao movimento que, por inércia (1a. lei de Newton), mantem-se constante.
Para voltar à atmosfera terrestre, deve-se diminuir a velocidade e em conseqüência a altura, que como visto acima, depende diretamente daquela. Mas a nave deve reentrar num certo ângulo chamada de "janela de reentrada", que pode ser entendido através de uma analogia.

Janela de Reentrada. É bastante conhecida aquela diversão entre crianças de jogar uma pedra na água com certa velocidade e vê-la quicar várias vezes na superfície da água antes de afundar. A técnica está em dar a velocidade e a inclinação correta ao lançamento para que ao bater na superfície da água, a pedra quique. Para o ônibus espacial, deseja-se exatemente o contrário: que o ônibus não quique ao colidir com a atmosfera. No entanto, não pode entrar "de bico", pois o atrito com o ar aqueceria o fuselagem da nave a temperaturas de fusão. Por isso chama-se janela: é o ângulo exato menor mas o mais próximo possível do ângulo limite para o efeito de quicar. Se a nave entrar com ângulo menor que este, pode desintegrar-se totalmente, e se maior, pode quicar de volta ao espaço, numa órbita não prevista. No entanto, mesmo no ângulo exato, a temperatura externa da fuselagem pode chegar a 1500ºC. Note que não é que a camada superior da atmosfera tem esta temperatura (como muitos pensam), mas que é transmitido calor à espaço-nave por causa do atrito com o ar, naquela velocidade enorme. Na verdade, a temperatura do ar acima dos 120km de altura é menor que -20ºC!

Isolamento Térmico. Aqui entra em cena mais um importante tópico da física: a termologia. Por causa das elevadas temperaturas a que ficam sujeitas as partes frontais da nave, é necessário um material cuja temperatura de fusão seja muito alta e que além disso se comporte como um isolante térmico, impedindo que o calor se propague para dentro do ônibus espacial. O isolante térmico pode ser conseguido com placas cerâmicas, à base de silício. A maior dificuldade de usar esse material é que não é flexível, sendo necessário confeccionar placa a placa (de cerca de 30cm²) com a forma exata para o local onde será colocada manualmente. Além disso, fibras de carbono são utilizadas nas partes frontais ("bico" e asas). A NASA tem por praxe verificar essa estrutura uma vez a cada 4 missões. No entanto, o problema que ocasionou a tragédia pode estar exatamente aí: uma parte destas placas teria se desprendido ainda na decolagem e prejudicado o isolamento térmico, provocando a explosão de mecanismos internos da nave.

Fontes:
http://www.estadao.com.br/ext/especiais/columbia/explosao/, fotos, Estadão.
http://www.jt.estadao.com.br/editorias/2003/02/02/int028.html, cobertura de notícias com histórico e outros dados técnicos (JT); basta ir clicando em "próxima notícia".
Meteorologia, sobre a estrutura da atmosfera - temperatura.

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