A revolução dos microssatélites

Christian Davenport, do Washington Post
6 de abril de 2021

A avalanche foi um desastre impressionante, 247 milhões de pés cúbicos (6.994.261,95 m3) de gelo glacial e neve descendo a cordilheira tibetana a 185 mph (296 km/h). Nove pessoas e dezenas de animais foram mortos em um evento que assustou cientistas ao redor do mundo.

Enquanto pesquisavam as causas de uma avalanche com tanta força, uma equipe de pesquisadores que estudava as mudanças climáticas examinou imagens tiradas nos dias e semanas anteriores e viu rachaduras sinistras que começaram a se formar no gelo e na neve. Então, escaneando fotos de uma geleira próxima, eles notaram fendas semelhantes se formando, e passaram a lutar para avisar as autoridades locais que também estava prestes a cair.

As imagens das geleiras vieram de uma constelação de satélites não maiores que uma caixa de sapatos, em órbita de 280 milhas (448 km) acima. Operados pela empresa Planet, com sede em São Francisco, os satélites, chamados Doves, pesam pouco mais de 10 quilos cada um e voam em grupos ou "rebanhos" que hoje incluem 175 satélites. Se algum falhar, a empresa o substitui, e à medida que baterias melhores, matrizes solares e câmeras ficam disponíveis, a empresa atualiza seus satélites da maneira como a Apple revela um novo iPhone.

A revolução na tecnologia que transformou a computação pessoal, colocou alto-falantes inteligentes em casas e deu origem à era da inteligência artificial e do aprendizado de máquina também está transformando o espaço. Enquanto foguetes e exploração humana recebem a maior parte da atenção, uma transformação silenciosa e muitas vezes negligenciada ocorreu na forma como os satélites são fabricados e operados. O resultado é uma explosão de dados e imagens da órbita.

Assim como os computadores encolheram de tamanhos imensos de uma sala para um iPhone que pode caber no seu bolso, satélites, também, encolheram drasticamente. Em vez de ser do tamanho de um caminhão de lixo, custando até US$ 400 milhões, os satélites agora não são maiores que um telefone de micro-ondas ou mesmo um pão. Eles custam uma fração de seus antecessores, apenas um milhão de dólares ou menos, e podem ser produzidos em massa em fábricas, ou em alguns casos uma garagem ou sala de aula universitária.

À medida que o tamanho e os custos dos satélites caíram, seus números cresceram dramaticamente. O número de satélites em operação mais do que dobrou de 1.381 em 2015 para cerca de 3.371 até o final do ano passado, de acordo com a Bryce Space and Technology, consultoria que monitora o setor. Em 2011, foram lançados apenas 39 satélites que pesavam menos de 1.322 libras, ou 600 kg, de acordo com Bryce. Em 2017, foram 338, e no ano passado, quando a SpaceX começou a colocar centenas de seus satélites Starlink projetados para transportar a Internet para áreas rurais, o número saltou para mais de 1.200.

A indústria está pronta para continuar seu rápido crescimento à medida que a SpaceX e outros colocam constelações de milhares de satélites destinados a atender áreas sem acesso à banda larga. O satélite incrivelmente encolhido deu origem a foguetes mais baratos projetados especificamente para lançar lotes de pequenos satélites. E a concorrência entre os lançadores continua a reduzir o custo de entregar uma nave espacial em órbita.

Agora, a indústria chamou a atenção dos capitalistas de risco, que têm financiado empresas como a Planet e outras. Nas últimas semanas, duas empresas de satélite, Spire Global e Black Sky, passaram a público por meio de uma fusão conhecida como uma empresa de aquisição de propósito especial, ou SPAC.

Empresas em todo o mundo estão trabalhando para desenvolver pequenos satélites. A AAC Clyde Space, uma empresa com sede na Suécia, lançou 10 satélites, alguns conhecidos como "cubesats", por suas pequenas dimensões de quatro polegadas que pesam apenas alguns quilos.

Como a Planet, ele oferece "espaço como serviço", o que significa que as pessoas podem comprar acesso aos dados de seus satélites sem se preocupar em lançar ou construir a espaçonave.

"Você não precisa se envolver em como projetar os satélites, acompanhar a produção, cuidar dos testes", disse Rolf Hallencreutz, presidente do conselho da empresa. "Você diz a alguém: 'Eu preciso desse tipo de dados.' E nós fornecemos esses dados. Para nós, ele muda o jogo porque nos permite atender vários clientes com a mesma constelação."

A pequena indústria de satélites também chamou a atenção do Pentágono e das agências de inteligência que adorariam ter enxames de pequenos satélites, capazes de lançar rapidamente e serem substituídos facilmente, olhando para baixo atrás das linhas inimigas.

A Planet foi fundada em 2010 por um trio de jovens cientistas e engenheiros que estavam trabalhando no Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício no que se tornou uma história clássica de start-up tecnológica: jovens, impulsionados pelo idealismo, trabalhando até tarde em seu próprio tempo e aproveitando suas melhores tendências nerds para construir seus próprios satélites que eram menores e mais baratos.

Sim, eles fizeram isso em uma garagem em Cupertino, onde a Apple está sediada. Desde então, a Planet lançou com sucesso 452 satélites e se tornou a vanguarda da indústria.

Agora, conta com mais de 500 funcionários, e seu total de usuários ativos cresceu em média 40% ao ano desde 2018.

Os satélites da empresa circulam o globo em órbitas cuidadosamente projetadas que "varrem a Linha da Terra" — tirando fotografias precisas de massas terrestres que, juntas, criam uma imagem do planeta todos os dias. Isso dá aos cientistas e pesquisadores uma olhada nas condições no solo, para que eles possam rastrear mudanças em florestas, áreas costeiras, tráfego marítimo e terras agrícolas em quase tempo real.

As imagens podem ajudar na segurança da fronteira, no rastreamento de refugiados e no socorro a desastres. Como a empresa compilou um vasto arquivo de imagens, que se estende há anos, seus assinantes podem visitar o passado, observando como ela mudou — um lapso de tempo pesquisável da Terra.
"As fotos não mentem", disse Will Marshall, co-fundador e executivo-chefe da Planet.

Andreas Kääb, glaciólogo da Universidade de Oslo, descobriu que enquanto explorava o que causou a avalanche devastadora no Tibete, ele e outros cientistas notaram "que a geleira vizinha parecia também se comportar estranhamente", disse ele em um e-mail. Eles tentaram entrar em contato com as autoridades locais no Tibete, passando por contatos na China, para avisá-los que também estava prestes a entrar em colapso. Mas levou cerca de um dia antes de sua mensagem passar. Até então, "a geleira já havia desmoronado", disse ele.

Ninguém ficou ferido, mas o "caso mostra que imagens diárias de alta resolução são muito importantes na gestão de desastres, e eles claramente têm o potencial para avisos rápidos antecipados".

A Associação de Conservação da Amazônia, uma organização sem fins lucrativos, usa as imagens de satélite para monitorar a exploração madeireira ilegal e minas de ouro na Amazônia andina. No passado, ele usava satélites tradicionais do governo que tiravam fotos "a cada oito dias, e se estiver nublado, você tem que esperar mais oito dias", disse Matt Finer, diretor do Monitoramento do Projeto Amazônia Andina.

Essas imagens tinham resolução de 30 metros, o que era decente, mas não ótimo quando você está tentando contar árvores. Em seguida, a Agência Espacial Europeia lançou um satélite com resolução melhorada, mostrando objetos com 10 metros de diâmetro. Mas os satélites do Planeta foram uma melhoria bem-vinda, resolução de três metros e imagens que estão disponíveis diariamente.

"Este é um monitoramento em tempo real na escala de horas ou dias", disse Finer. "Muitas vezes, estamos olhando para uma imagem de hoje ou ontem."

Os dados do governo eram gratuitos, e o grupo teve que pagar uma taxa de assinatura pelas imagens do Planeta. Mas valeu a pena, disse Finer. "Você está falando de saltos de melhoria em sua capacidade visual e analítica", disse ele.

E usando alguns dos satélites de última geração do Planeta, que fornecem resoluções ainda maiores, "podemos ver árvores individuais. Podemos ver acampamentos de exploração madeireira", disse ele. Até as lonas azuis que os mineiros colocam como telhados improvisados para proteger da chuva e do sol podem ser vistas.

Dado os altos custos dos satélites, os operadores tradicionais geralmente dependem de tecnologia comprovada que eles sabem que é confiável, mas pode não ser o mais atualizado, disse Marshall.

"Tomamos uma abordagem de risco diferente", disse ele. "Você tem mais satélites chegando, e se alguns deles falharem, não é grande coisa. Isso é o que nos permite levar a mais recente tecnologia ... e iterar rápido.

Satélites pequenos são menos caros, para serem lançados — levando a um novo modelo de pequenos foguetes projetados para serem menos caros e lançados sob demanda. A Rocket Lab, que sai da Nova Zelândia e logo sai da costa leste da Virgínia, é a líder neste mercado relativamente novo.

Ainda este ano, planeja lançar um satélite do tamanho de um painel de micro-ondas para a lua. O satélite voaria na mesma órbita ao redor da lua que a NASA espera usar para a estação espacial chamada Gateway que pretende operar lá.

Outras empresas de foguetes estão entrando rápido, incluindo a Virgin Orbit, a start-up fundada por Richard Branson.

Em vez de lançar seu foguete verticalmente a partir de uma almofada, a empresa amarra seus propulsores à asa de um avião 747 que o transporta 13.200 metros 40.000 pés. O foguete é lançado, então dispara seus motores e é desligado.

Isso dá à empresa a capacidade de lançar quase em qualquer lugar que haja uma pista — e isso é de interesse não apenas para cientistas e conservacionistas que querem obter satélites rapidamente, mas também para o Pentágono e agências de inteligência.

Após o primeiro lançamento bem-sucedido da Virgin Orbit em janeiro, o general Jay Raymond, chefe de operações espaciais da Força Espacial, parabenizou a empresa no Twitter. E Will Roper, então o principal oficial de aquisição e tecnologia da Força Aérea, tuitou que a capacidade "é um grande disruptor — e espero que um impedimento — para futuros conflitos espaciais. O equivalente a satélite de manter um ás na manga... errar, plano.”

Satélites já fornecem aviso de mísseis, GPS, comunicações e reconhecimento e guiam munições de precisão. Mas quanto menores e mais capazes eles se tornam, mais o Pentágono está interessado em usá-los.
"Esses pequenos satélites agora são uma missão crítica", disse Dan Hart, o executivo-chefe da Virgin Orbit.

Outro benefício fundamental é que, se um deles for derrubado por um adversário, "podemos muito rapidamente colocar outro, e podemos fazê-lo de qualquer lugar da Terra", disse ele. Usando um Boeing 747 como lançador, o Pentágono também poderia fazê-lo sub-repticiamente.

Grande parte do aumento de satélites em órbita foi impulsionada pela SpaceX de Elon Musk, que lançou mais de 1.000 de seus satélites Starlink no último ano ou mais. A empresa pretende colocar uma constelação de alguns milhares, cada um deles pesando cerca de 249,15 kg (ou 550 libras), que poderiam levar a Internet aos pontos mais remotos e rurais, em áreas que não são servidas pela banda larga.

No final do ano passado, a SpaceX recebeu US$ 886 milhões da Comissão Federal de Comunicações como parte de um esforço para ajudar a levar o serviço de Internet para comunidades carentes. Os prêmios trariam "boas notícias para milhões de americanos rurais não ligados que por muito tempo estiveram do lado errado da divisão digital", disse o então presidente da FCC, Ajit Pai, na época.

Várias outras empresas têm planos semelhantes.
A OneWeb, que recentemente emergiu da falência, tem mais de 100 satélites em órbita e planeja lançar centenas mais. Diz que pode construir um satélite em um dia em vez das semanas ou meses que leva para naves espaciais maiores. E custam cerca de US$ 1 milhão cada, em comparação com os US$ 150 milhões a US$ 400 milhões para satélites maiores que vivem em órbitas mais distantes, e são capazes de suportar por anos.

A Amazon planeja lançar uma constelação chamada Kuiper que colocaria cerca de 3.200 satélites. Tem até 2026 a metade do lançamento para manter sua aprovação da FCC.

Mas não é preciso mais milhões de dólares para fazer e lançar um satélite.

O Departamento de Educação está patrocinando uma competição entre escolas de ensino médio em todo o país para construir protótipos de cubesat. Recentemente, anunciou cinco finalistas cujos projetos propostos para pequenos satélites determinariam se acampamentos de sem-teto na Califórnia estão em áreas de incêndio silvestre de alto risco, estudar as diferentes maneiras de as áreas urbanas e rurais absorverem calor e determinar como o crescimento populacional de uma cidade da Carolina do Norte afeta a "qualidade do ar, uso da terra e temperatura".

Na Universidade de Michigan, a aula de engenharia do professor Brian Gilchrist trabalhou para construir um pequeno satélite que testaria usando o campo magnético da Terra para propulsão. Se fosse bem sucedido, teria permitido que pequenos satélites orbitassem a Terra sem ter que transportar combustível, permitindo que eles ficassem no alto por períodos mais longos de tempo. Era um projeto novo para a classe. "Nenhum dos alunos envolvidos neste projeto havia construído uma nave espacial antes", disse Gilchrist.

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