Novas simulações de supercomputadores demonstram que manter órbitas de satélite estáveis entre a Terra e a Lua é muito mais desafiador do que se entendia anteriormente. De um milhão de naves espaciais simuladas, menos de 10% permaneceram viáveis durante um período de seis anos, destacando obstáculos significativos à expansão da infra-estrutura orbital para além da órbita terrestre baixa (LEO).
O Desafio Cislunar: Além da Órbita Baixa da Terra
A ascensão de megaconstelações como o Starlink da SpaceX e o Thousand Sails da China aumentou rapidamente o número de satélites no LEO. À medida que o LEO se aproxima da saturação – com estimativas que sugerem uma capacidade máxima de cerca de 100.000 satélites antes que os riscos de colisão aumentem – a atenção volta-se para o espaço cislunar – a região entre a Terra e a Lua – como a próxima fronteira para a implantação de satélites.
No entanto, as órbitas cislunares são inerentemente instáveis. Ao contrário do LEO, onde as forças gravitacionais são relativamente previsíveis, as naves espaciais nesta região são puxadas pela Terra, pela Lua e pelo Sol em interações complexas. A falta de blindagem magnética da Terra também expõe os satélites à radiação solar desestabilizadora.
Modelagem de supercomputadores: uma tarefa de 1,6 milhão de horas de CPU
Para mapear a estabilidade orbital cislunar, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) usaram os supercomputadores Quartz e Ruby para simular as trajetórias de aproximadamente um milhão de objetos. As simulações, que exigiram 1,6 milhão de horas de CPU (equivalente a 182 anos em um único computador), foram concluídas em apenas três dias.
Os resultados são nítidos: cerca de 54% das órbitas simuladas permaneceram estáveis durante pelo menos um ano, mas apenas 9,7% sobreviveram ao período completo de simulação de seis anos. Isto sublinha que a estabilidade a longo prazo no espaço cislunar é significativamente menor do que o previsto anteriormente.
Imperfeições da Terra: um fator sutil, mas crítico
Uma descoberta surpreendente foi o impacto do campo gravitacional desigual da Terra. As simulações revelaram que a distribuição de massa da Terra não é uniforme; a gravidade varia sutilmente devido às características geográficas (menor gravidade no Canadá, por exemplo). Essa “bolha” afeta sutilmente as trajetórias orbitais, adicionando outra camada de complexidade.
Implicações e exploração futura
Apesar da baixa taxa de sobrevivência, as simulações ainda identificam aproximadamente 97.000 órbitas potencialmente estáveis no espaço cislunar. Mais importante ainda, o conjunto de dados fornece informações valiosas sobre por que certas órbitas falham, permitindo que os engenheiros refinem projetos futuros. De acordo com o líder do estudo, Travis Yeager, “Aprender quais órbitas não funcionaram é tão valioso quanto saber quais funcionaram”.
O espaço cislunar tornar-se-á uma região crítica para infra-estruturas futuras, incluindo colónias lunares e redes de comunicação expandidas. Compreender a instabilidade orbital é o primeiro passo para viabilizar esta expansão.
