Muitos de nós sabemos sobre a série de missões em andamento para a Lua e Marte. Poucos estão cientes, no entanto, das poucas missões planeadas para o nosso vizinho planetário: Vénus.

Localizado a cerca de 38 milhões de milhas da Terra, Vênus é o planeta mais quente do nosso sistema solar, com um efeito estufa que retém o calor a tal ponto que as temperaturas médias são de sufocantes 870 graus Fahrenheit. Os humanos não conseguem sobreviver neste inferno, mas os cientistas suspeitam que o planeta “pode ter sido o primeiro mundo habitável no sistema solar, completo com um oceano e um clima semelhante ao da Terra”, segundo a NASA. O que aconteceu, então, para alterar tão drasticamente o curso do nosso vizinho cósmico?

Através do seu envolvimento numa missão da NASA conhecida como DAVINCI (Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging), estudantes da Universidade Johns Hopkins estão a ajudar a encontrar pistas sobre a misteriosa evolução do planeta. A missão pretende responder a questões como: Vénus alguma vez abrigou vida? Como é que Vénus e a Terra, que são semelhantes em tamanho e densidade, acabaram por ser tão diferentes? O que a composição atmosférica de Vênus pode nos ensinar sobre a origem e evolução do planeta?

Os alunos de graduação que trabalham no projeto estão matriculados em um curso semestral, Projeto de Instrumentação de Naves Espaciais, oferecido pela primeira vez nesta primavera pela Escola Krieger de Artes e Ciências da universidade, e a ser oferecido a cada semestre daqui para frente. Ao contrário da maioria dos cursos de ciências e engenharia, este posiciona os alunos como condutores de uma missão da vida real, trabalhando sob a orientação e supervisão do corpo docente para projetar, testar e operar um sensor de oxigênio que será usado em uma próxima expedição robótica a Vênus. Os alunos também podem se inscrever para estágios e assistentes docentes - e continuar trabalhando no DAVINCI após o término do curso.

Noam Izenberg , geólogo planetário do Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins, liderou o esforço plurianual para tornar a Johns Hopkins uma instituição parceira da missão DAVINCI da NASA, que está atualmente programada para ser lançada em 2031, diz Izenberg. Ele atua como líder do projeto da parte universitária do DAVINCI e também lidera o novo curso.

Outros cientistas e engenheiros que desenvolveram e agora ajudam a executar o projeto e coministram o curso incluem Sarah Hörst , cientista planetária e professora associada do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias da Escola Krieger ; e David Kraemer , engenheiro mecânico e professor associado da Whiting School of Engineering . Além disso, Stergios Papadakis , engenheiro elétrico e principal cientista da APL, desempenha um papel fundamental como engenheiro de sistemas para instrumentação.

Quando a equipe propôs o projeto à NASA, “não queríamos acabar com algo que exigisse que o corpo docente e os engenheiros da missão estivessem excessivamente envolvidos no trabalho e no processo”, explica Izenberg. "Em vez disso, escolhemos intencionalmente um projeto que não exigisse muito conhecimento prévio - e que estudantes com ampla experiência em ciências e engenharia pudessem realizar com eficácia."

Hörst acrescenta: "A turma é multidisciplinar, com alunos se especializando em diversas áreas da ciência e da engenharia - física, ciência da computação, ciência de dados, engenharia mecânica, engenharia de sistemas. Todas as suas especialidades são necessárias." Quanto aos objetivos da aula, “aprender a comunicar e a trabalhar em conjunto de forma eficaz, apesar de terem competências e interesses diferentes – este é o verdadeiro objetivo do curso”, afirma Izenberg. Outro objetivo é que os alunos experimentem as facetas e o fluxo de uma missão espacial, especialmente “como os objetivos científicos da missão são criados e como a espaçonave e os sensores são desenvolvidos, testados e refinados”, acrescenta.

Kraemer, o engenheiro mecânico do projeto, diz que considera o ano em curso “um momento emocionante e ideal para lançar um curso como este, dadas as muitas empresas privadas que fazem parceria com a NASA e [aceleram] a exploração espacial.

“Temos estudantes [e ex-alunos] trabalhando e estagiando em empresas como Blue Origin e SpaceX”, continua ele. “Eles precisam de engenheiros e outras pessoas que possam desenvolver coisas rapidamente, e este curso é uma ótima [plataforma de lançamento] para isso. As atribuições [consistem em] coisas reais que precisam acontecer para uma missão real.

A missão DAVINCI da NASA pretende medir a composição da densa atmosfera de Vénus e confirmar se o planeta alguma vez teve um oceano, como os cientistas suspeitam. Enquanto isso, a parte do projeto da Johns Hopkins concentra-se especificamente em uma parte da missão conhecida como V f Ox (Venus Oxygen Fugacity), para a qual os alunos estão desenvolvendo um sensor para medir a quantidade de oxigênio na baixa atmosfera de Vênus.

“O V f Ox medirá o oxigênio da mesma forma que os sensores usados em carros [de combustão interna] medem o oxigênio – nesse sentido, já existe tecnologia para medir o oxigênio em altas temperaturas”, diz Hörst. Mas a turma não pode simplesmente pegar num sensor de carro e enviá-lo para Vénus, sugere ela. Em vez disso, eles devem adaptar o design e os materiais para que o sensor possa sobreviver no ambiente hostil do planeta.

“A atmosfera venusiana é composta principalmente de dióxido de carbono e a temperatura da superfície é tão alta que alguns metais derretem”, explica Hörst. Outro desafio são as espessas nuvens do planeta, que consistem em grande parte de ácido sulfúrico, que pode dissolver metais e abrir buracos na pele humana. “A viagem pela alta atmosfera será difícil e o sensor precisará sobreviver a isso para chegar ao seu destino na baixa atmosfera”, diz ela.

No momento, o design do sensor consiste em camadas de cerâmica que podem suportar altas temperaturas, mas podem fraturar quando sacudidas durante a viagem turbulenta, explica Kraemer. "Os alunos precisarão determinar: esse projeto pode dar conta do recado ou precisamos alterá-lo?" ele diz.

No seminário semanal do curso, certa manhã, os alunos ouvem atentamente enquanto Izenberg dá seu feedback sobre uma tarefa de grupo: uma análise dos riscos potenciais de V f Ox. “O gerenciamento de riscos é em grande parte um processo de gerenciamento de projetos; é também um processo iterativo”, disse Izenberg à turma.

Um painel de engenheiros do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, sintoniza em uma tela gigante, participando da aula remotamente para avaliar e responder perguntas. “Todos os riscos que você identificou [na tarefa] descrevem algum tipo de falha no fio [do sensor]”, diz Izenberg aos alunos.

Voltando-se para o painel em busca de orientação, ele pergunta: “Quão específicos precisamos ser [em nossa análise de risco] sobre os modos de falha do fio?”

A resposta vem de Matt Garrison, engenheiro de sistemas de carga útil da equipe DAVINCI da NASA, que aconselha a turma a "diferenciar, identificar as falhas específicas [e determinar, por exemplo]: isso é uma falha de fabricação ou de projeto?" O seminário continua, com Izenberg e seus alunos falando sobre os riscos potenciais de V f Ox, e Garrison e seus colegas contribuindo com insights e conselhos.

Izenberg encerra a aula apresentando uma tarefa – projetada para levar várias semanas, diz ele – para escrever um plano de análise de teste para V f Ox. “Imagine que, depois de escrever este teste, você será solicitado a realizá-lo para validar o V f Ox”, diz ele. Os testes acontecerão no APL, sede da Câmara Ambiental de Vênus, uma embarcação de simulação que imita a pressão, a temperatura e a composição atmosférica de Vênus.

Os alunos estão ansiosos para experimentar.

“Nunca imaginei ter acesso a lugares como APL e Goddard na graduação”, disse Jeevika Setzer, aluna do primeiro ano com especialização dupla em engenharia elétrica e física, após a aula. “O acesso é incrível – acesso a laboratórios e [equipamentos de teste], além de acesso aos especialistas Goddard que aparecem pessoalmente e pelo Zoom para conversar com nossa turma, e aos professores com décadas de experiência em missões espaciais ministrando nossas aulas. "

Embora Setzer ainda não saiba se deseja seguir carreira em engenharia espacial, ela diz que o curso a ajudará a decidir e que as habilidades que ela está adquirindo são transferíveis. "Também estou interessado em engenharia biomédica, mas dispositivos e tecnologias biomédicas - quase todos os dispositivos e tecnologias, na verdade - têm sensores, então tudo que estou aprendendo neste curso pode ajudar, independentemente do que eu fizer."

Da mesma forma, ela está aprimorando suas habilidades em Python, a linguagem de programação de computador que ela usa para escrever scripts para analisar dados V f Ox. “Usar meu próprio código tornou a análise mais fácil”, diz ela, acrescentando que também permite que ela desenvolva o que está aprendendo em suas aulas de Python.

Kyle Dalrymple, um júnior cursando engenharia mecânica e especialização em ciência e engenharia espacial, diz que a aula e o estágio de verão que completou no ano passado, quando trabalhou com Izenberg e outros membros da equipe V f Ox - e iniciou o processo para garantir uma segunda nave de simulação de Vênus para o campus de Homewood da Johns Hopkins – foi uma virada de jogo.

“Eu absolutamente amo a ciência espacial e a engenharia espacial… e originalmente pensei que precisava escolher [apenas uma dessas áreas para seguir]”, disse Dalrymple. “Saber que há uma interseção entre os dois, e não é apenas uma interseção de nicho, mas algo que está prosperando, realmente me ajuda a seguir uma carreira que está muito de acordo com o meu interesse. Esta é uma grande lição.”

Dalrymple diz que inicialmente se preocupou se o curso seria um "projeto de colaboração estudantil, com o(s) professor(es) apenas lhe dizendo o que fazer, ... ou você será libertado no extremo oposto do espectro, sem orientação?

“Nem aconteceu”, diz ele. Em vez disso, "tem havido um grande equilíbrio entre a supervisão e a supervisão do professor e permitir que os alunos conduzam a ciência e a engenharia... e [permaneçam] muito envolvidos na iteração do projeto".

Para Dalrymple, “as missões espaciais não fazem necessariamente o que pretendem fazer exclusivamente”, diz ele. Os dados recolhidos em missões muitas vezes acabam por levar a "insights e conclusões que [os cientistas não] inicialmente se propuseram a tirar. Essa é a parte mais emocionante da ciência em geral para mim".

Embora Dalrymple e Setzer já tenham se formado na Johns Hopkins há muito tempo quando DAVINCI partir para Vênus, ambos dizem que planejam ficar atentos às informações sobre o lançamento da missão e conectados à equipe e ao projeto V f Ox. O corpo docente que supervisiona o projeto não aceitaria de outra maneira, dizem eles.

“Nossa filosofia é que não importa o que os alunos estejam fazendo em suas vidas profissionais, eles serão convidados a voltar após o lançamento e terão a oportunidade de se envolver”, diz Izenberg.

“Talvez sejam analistas de dados, talvez sejam professores, ou cientistas da computação, contadores, engenheiros ou até padeiros – seja qual for o caso, eles fazem parte da nossa equipe e podem contribuir.”