Se tudo tivesse corrido conforme o planejado, quatro astronautas poderiam estar retornando esta semana de uma viagem histórica de 10 dias ao redor da Lua, impulsionados por um dispositivo de assistência gravitacional.

Em vez disso, os engenheiros da Nasa têm se debatido com o foguete e o combustível destinados a impulsionar a missão, chamada Artemis II, solucionando um problema já bastante comum.

Apenas algumas horas após o início de um teste pré-lançamento, chamado de ensaio geral com combustível líquido, no início de fevereiro, os controladores de lançamento descobriram que uma quantidade suficiente de hidrogênio líquido super-resfriado estava vazando na plataforma de lançamento, o que gerou preocupações com a segurança. Os vazamentos de hidrogênio continuaram a ocorrer, forçando a Nasa a interromper o fluxo de combustível para o foguete diversas vezes.

O problema acabou por impedir a agência espacial de concluir o teste completo e levou a mais de uma semana de investigações e reparos.

Se os incômodos vazamentos de hidrogênio e o atraso na missão lunar lhe causam uma sensação de déjà vu, pode ser porque a Nasa já passou por isso antes.

O lançamento de um voo de teste não tripulado ao redor da Lua em 2022, chamado Artemis I, foi adiado diversas vezes e quase impedido por um vazamento de hidrogênio semelhante, antes que uma equipe de funcionários da Nasa, trajando macacões, interviesse no último minuto e consertasse manualmente uma válvula com vazamento. Há também registros de engenheiros enfrentando problemas similares ao longo do programa do Ônibus Espacial, que ocorreu de 1981 a 2011.

Veja ao vivo: testes da Artemis II na Nasa nesta quinta-feira (19)

Vazamentos são uma grande preocupação em terra: o hidrogênio é muito fácil de inflamar e é energético, o que significa que uma quantidade excessiva em uma área representa o risco de uma explosão catastrófica.

Enquanto os controladores de lançamento realizam mais um ensaio geral de lançamento na quinta-feira, a pergunta permanece: por que a Nasa continua usando esse combustível notoriamente instável?

Uma molécula minúscula com um poder incrível

Os engenheiros foram pioneiros no uso do hidrogênio como combustível para foguetes em meados do século XX, antes mesmo de ser utilizado nos foguetes Apollo que levaram o homem à Lua — e a maioria dos veículos de lançamento que optaram por esse combustível desde então também enfrentaram problemas de vazamento.

Por exemplo, o foguete Vulcan Centaur, produzido pela United Launch Alliance, uma empresa contratada pelas forças armadas dos EUA, e baseado em décadas de tecnologia consolidada, utiliza hidrogênio para alimentar a parte superior do foguete. E em 2023, um vazamento de combustível causou uma explosão durante os testes do Vulcan Centaur no Alabama, danificando a infraestrutura próxima e atrasando o lançamento inaugural do foguete.

A tendência do hidrogênio a vazar pode ser atribuída ao fato de ser o elemento mais leve do universo. Ele “tende a encontrar uma maneira de escapar de tudo aquilo em que você tenta contê-lo”, disse Adam Swanger, pesquisador principal sênior e engenheiro de pesquisa em criogenia do Centro Espacial Kennedy da Nasa. “E ele tem uma densidade muito baixa.”

Para se ter uma ideia, o hidrogênio é aproximadamente 14 vezes mais leve que o ar na Terra. Mas as mesmas propriedades que tornam o hidrogênio tão difícil de armazenar também o tornam um combustível ideal para foguetes.

“A baixa densidade é boa para o desempenho”, disse Swanger à CNN. “Então, existe uma espécie de compensação aí.”

Ao selecionar o combustível para um foguete, a consideração mais importante é um conceito chamado “impulso específico”, frequentemente abreviado como Isp. Trata-se de uma medida de quanta força — ou empuxo — um motor de foguete pode gerar com uma determinada quantidade de combustível.

Para calcular o Isp, divide-se o empuxo previsto de um motor de foguete pela taxa na qual ele expele o peso do propelente. E o peso é crucial em voos espaciais: quanto mais energia um foguete precisa usar para levantar seu próprio peso, menor a capacidade do veículo de transportar cargas valiosas ou pessoas para a órbita.

O hidrogênio é conhecido por ter um impulso específico muito favorável devido à sua leveza — e proporciona uma potência considerável na decolagem. Na verdade, é o melhor do mercado, ostentando a maior eficiência entre todas as opções de combustível para foguetes, “razão pela qual acabamos usando-o com frequência”, disse Swanger.

No entanto, no caso do programa Artemis, a escolha do combustível pela Nasa vai além do desempenho.

O hidrogênio às vezes é considerado mais problemático do que vantajoso, dada a sua propensão a causar atrasos nos lançamentos.

No entanto, o combustível também oferece a melhor vantagem em termos de eficiência quando usado no vácuo do espaço. É por isso que alguns construtores de foguetes optam por usar hidrogênio nos estágios superiores dos veículos de lançamento, mas utilizam um combustível mais controlável no primeiro estágio do foguete, que abriga todos os motores que fornecem a potência inicial após o lançamento.

Os foguetes orbitais construídos pela Blue Origin de Jeff Bezos ou pela SpaceX de Elon Musk, por exemplo, utilizam combustíveis alternativos — como metano ou RP-1, um tipo de querosene — nos primeiros estágios de seus foguetes.

Mas o foguete lunar Artemis da Nasa, chamado Sistema de Lançamento Espacial ou SLS, usa hidrogênio tanto na parte superior quanto no primeiro estágio do veículo.

E existe uma razão não tão óbvia para isso: “Foi uma decisão do Congresso, concretizada por lei, que obrigou a Nasa a usar o hardware, a força de trabalho e os contratados do Ônibus Espacial para construir o SLS”, disse Casey Dreier, chefe de política espacial da organização sem fins lucrativos Planetary Society.

Em outras palavras, o SLS usa hidrogênio em parte porque o Ônibus Espacial também usava hidrogênio, e os legisladores queriam que o programa SLS preservasse amplamente a força de trabalho e as cadeias de suprimentos da era do Ônibus Espacial.

Os vazamentos de hidrogênio que a Nasa enfrenta hoje são um sintoma dessa decisão, acrescentou Dreier. Optar por tentar reaproveitar partes de um programa antigo para novos foguetes — em vez de começar do zero — “na verdade, alterou muitas consequências e custos quando se trata de operar o foguete”.

E embora todos os foguetes que utilizam hidrogênio estejam sujeitos a vazamentos frustrantes, os problemas da Nasa com o SLS podem ser agravados por suas peculiaridades políticas.

“Nunca vai funcionar tão bem quanto se tivessem projetado um foguete novo”, disse Dreier. “Terá custos operacionais elevados. E os foguetes são complicados de operar.”

A Nasa reconheceu que o SLS pode ser problemático. Mas o veículo ainda está em fase inicial de operação, após duas décadas de desenvolvimento.

“É um veículo experimental”, disse Amit Kshatriya, administrador associado da Nasa, durante uma coletiva de imprensa em 3 de fevereiro , ao lado de vários outros funcionários da agência. “Ninguém sentado em uma dessas cadeiras precisa chamar nenhum desses veículos de operacional.”

Vale ressaltar que a Nasa normalmente não considera um foguete totalmente “operacional” até que ele entre em serviço rotineiro, um marco que o SLS pode levar bastante tempo para atingir, considerando a pouca frequência de seus voos. Os oficiais da agência espacial, por exemplo, só consideraram o Ônibus Espacial operacional após a conclusão de suas quatro primeiras missões, todas com tripulação a bordo.

Kshatriya acrescentou que a Nasa tem tido dificuldades em prever os vazamentos do SLS e em identificar como evitá-los. É possível que o processo de levar o foguete até a plataforma de lançamento tenha contribuído para o problema de vazamento na vedação, que os engenheiros estão atualmente investigando, mas a agência ainda não confirmou a causa.

“Do ponto de vista do estresse e da tensão, é bastante complicado. Isso não é uma desculpa”, observou Kshatriya, mas os engenheiros só recentemente começaram a discutir como esses problemas podem se desenvolver.

Durante a missão Artemis I, assim como no primeiro ensaio geral da Artemis II, no início de fevereiro, foram localizados vazamentos na mesma área: o cabo umbilical do mastro de serviço da cauda (TSMU, na sigla em inglês), uma estrutura de três andares de altura que conecta o foguete SLS aos equipamentos de solo.

Para solucionar os problemas mais recentes encontrados na TSMU, a Nasa informou que os técnicos substituíram recentemente as vedações em torno de duas das linhas de propelente nessa área.

Para realizar um teste de “abastecimento em condições ideais” com sucesso e manter o foguete seguro no dia do lançamento, a Nasa precisa manter a taxa de vazamento durante o abastecimento abaixo de 16% , de acordo com o diretor de lançamentos da Nasa, Charlie Blackwell-Thompson.

E a Nasa está empregando diversos métodos para tentar se manter dentro dos limites aceitáveis. Além de trabalhar para detectar e corrigir a origem dos vazamentos antes do abastecimento, a agência também pode usar uma técnica durante o processo de carregamento de hidrogênio que envolve o breve aquecimento das linhas de combustível, na esperança de que as vedações voltem à posição ideal antes de serem mergulhadas novamente em temperaturas extremamente baixas.

Algumas das tentativas de resolução de problemas podem estar dando resultado, já que o administrador da Nasa, Jared Isaacman, anunciou no início deste mês que um teste no qual os engenheiros encheram parcialmente os tanques de hidrogênio do SLS mostrou melhorias. Com base nas primeiras análises de dados, a agência não observou alguns dos vazamentos que causaram problemas no ensaio geral anterior, disse Isaacman .

A dificuldade crônica da Nasa em conter seu combustível preferido dentro do foguete levanta a questão de se o foguete SLS sempre terá que lidar com vazamentos de hidrogênio — ou se uma solução permanente pode ser encontrada.

Kshatriya observou que, embora um foguete SLS já tenha voado antes, o veículo não é reutilizável. Isso significa que o SLS na plataforma de lançamento hoje é totalmente novo e pode ter suas próprias peculiaridades e falhas.

O ensaio geral em ambiente úmido, no início de fevereiro, foi “a primeira vez que esta máquina em particular testemunhou o uso de criogênicos”, disse Kshatriya, referindo-se a combustíveis super-resfriados. “E como ela respira, como ela libera gases — e como ela tende a vazar — é algo que precisamos caracterizar.”

Mas evitar completamente os vazamentos de hidrogênio pode exigir avanços na ciência dos materiais.

“Em vez de perguntar por que o hidrogênio é difícil de manusear, do ponto de vista da ciência dos materiais, a pergunta que se faz é: ‘Algum material existente possui resistência à fratura suficientemente boa?’”, explicou Jihua Gou, professor do departamento de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade da Flórida Central.

O hidrogênio líquido precisa ser mantido a uma temperatura incrivelmente baixa de -423 graus Fahrenheit. E a infraestrutura que o armazena precisa ser capaz de suportar resfriamentos frequentes até essa temperatura.

“O maior problema é a mudança de temperatura. E as vedações são um problema, mas aquilo a que as vedações estão fixadas também muda de forma”, observou Swanger, engenheiro de pesquisa da Nasa.

Ele observou que a Nasa está atualmente usando polímeros de Teflon chamados PTFE para essas vedações.

“O Teflon é normalmente usado porque historicamente tem sido o que funciona melhor. Simplesmente não há muitas opções”, disse Swanger. E “isso se torna um problema realmente desafiador com interfaces muito grandes”.

O foguete SLS, observou ele, possui limitações de projeto específicas. Seu tamanho enorme, por exemplo, complica a busca por uma solução permanente para o vazamento de hidrogênio, pois um foguete de grande porte exige uma alta vazão de combustível, aumentando o risco de infiltração.

“Quando você soma todos esses requisitos muito específicos, suas possibilidades ficam realmente limitadas”, disse Swanger. “Acho que se houvesse um conjunto diferente de requisitos, ou se você estivesse começando do zero — descobrindo como criar algo que seja absolutamente à prova de vazamentos — provavelmente seria possível.”

Mas não há como voltar à prancheta no caso do SLS, observou ele, “e simplesmente não é viável tentar fazê-lo”.

Embora a ideia de um veículo movido a hidrogênio evoque alguns incidentes perigosos, como o desastre do Hindenburg , Swanger também enfatizou que a Nasa, pelo menos, entende como usar com segurança esse combustível, que às vezes é imprevisível.

“Pode ser usado com total segurança, sem problemas, e mesmo com esses vazamentos que tivemos”, disse Swanger, “nunca tivemos um acidente.”