Estação Espacial Internacional: como funciona a engenharia em órbita
A Estação Espacial Internacional pesa cerca de 420 toneladas, tem a envergadura de um campo de futebol e dá uma volta na Terra a cada 90 e poucos minutos, a uns 400 km de altitude. Foi montada em órbita peça por peça a partir de 1998, por cinco parceiros: Estados Unidos, Rússia, Europa, Japão e Canadá. A engenharia da Estação Espacial Internacional resolve três problemas de uma vez: manter gente viva no vácuo, gerar energia no espaço e não cair.
Aqui estão os números da estação, a conta da velocidade e do tempo de cada volta, como ela é alimentada e protegida e o plano para tirá-la de órbita.
A estação em números
| Item | Valor |
|---|---|
| Massa | cerca de 420.000 kg |
| Dimensões | 74 m de comprimento × 110 m de envergadura |
| Volume pressurizado | cerca de 935 m³ |
| Painéis solares | cerca de 2.500 m² |
| Altitude | entre 370 km e 460 km |
| Voltas na Terra | cerca de 16 por dia |
| Montagem | início em órbita em 1998 |
Os dados são do material de divulgação da NASA sobre a estação, de quando a montagem estava perto do fim; alguns números mudaram um pouco depois, com módulos novos e painéis adicionais.
A conta: por que ela não cai
A estação está caindo o tempo todo, mas anda tão depressa para o lado que a Terra se curva embaixo dela na mesma medida. A velocidade que mantém uma órbita circular sai do equilíbrio entre a gravidade e o movimento:
T = 2π × √(r³ ÷ GM) e v = 2π × r ÷ T
com r o raio da órbita (raio da Terra mais a altitude) e GM = 3,986 × 10¹⁴ m³/s², o parâmetro gravitacional da Terra. Para 400 km de altitude (contas nossas, com raio médio da Terra de 6.371 km):
- r = 6.371 + 400 = 6.771 km;
- T = 2π × √(6.771.000³ ÷ 3,986 × 10¹⁴) ≈ 5.540 s ≈ 92,4 minutos;
- v = 2π × 6.771 km ÷ 5.540 s ≈ 7,67 km/s, cerca de 27.600 km/h;
- voltas por dia: 1.440 ÷ 92,4 ≈ 15,6, as 16 voltas que a NASA cita.
Essa conta de equilíbrio entre forças é do mesmo tipo das reunidas no guia sobre como funciona a engenharia.
A altitude não é fixa. Na órbita baixa ainda há um resto de atmosfera, que freia a estação e a faz descer aos poucos; de tempos em tempos, motores de naves acopladas fazem uma correção para subir de novo. Os sinais de GPS que chegam da órbita mais alta seguem a mesma física, explicada no artigo sobre sistemas de navegação por satélite.
Energia: os painéis solares
A estação vive de energia solar. Os cerca de 2.500 m² de painéis acompanham o Sol enquanto a estação gira em volta da Terra, e baterias seguram o consumo na parte de cada volta em que a estação está na sombra do planeta, cerca de um terço do tempo. Como esses painéis dobram para o lançamento e se abrem em órbita está no artigo sobre painéis solares espaciais, que também conta a história do rasgo num painel da estação em 2007.
Calor e frio a cada volta
Com 16 voltas por dia, a estação passa por 16 nasceres e 16 pores do sol, saindo do sol direto para a sombra a cada 45 minutos, mais ou menos. A face voltada para o Sol esquenta, a face na sombra esfria, e o vácuo não leva calor embora por convecção, só por radiação. Por isso a estação tem mantas isolantes em volta dos módulos e radiadores que jogam para o espaço o calor dos equipamentos e das pessoas. Os materiais usados nessa proteção estão no artigo sobre isolamento térmico de espaçonaves.
Montagem em órbita
A estação foi montada como um jogo de armar no espaço. Cada módulo foi lançado pronto, acoplado aos anteriores por astronautas e braços robóticos e ligado aos sistemas de energia, ar e dados. O material da NASA fala em 80 lançamentos, em vários tipos de foguete, ao longo de 12 anos, para construir e abastecer a estação. Pela conta simples, 420 t divididas por 80 lançamentos dão uma média de 5 t por viagem (média nossa, que mistura voos de montagem e de abastecimento). Os módulos grandes dependeram do ônibus espacial, capaz de levá-los no compartimento de carga.
O fim previsto
A estação não vai durar para sempre. Em junho de 2024, a NASA escolheu a SpaceX para construir um veículo que vai empurrar a estação para fora de órbita de forma controlada, sobre uma área remota do oceano, com retirada prevista por volta de 2030, segundo a Astronomy. Uma estrutura de 420 t não queima por inteiro na reentrada, e por isso a queda precisa ser guiada.
Perguntas frequentes
A que velocidade a Estação Espacial anda?
Cerca de 7,7 km/s, ou 27.600 km/h, numa altitude de 400 km. Uma volta completa na Terra leva perto de 92 minutos.
Por que os astronautas flutuam se a gravidade lá em cima é forte?
A 400 km a gravidade ainda é cerca de 89% da que existe na superfície: (6.371 ÷ 6.771)² ≈ 0,89. Os astronautas flutuam porque estão em queda livre junto com a estação, que cai em volta da Terra o tempo todo.
Dá para ver a Estação Espacial da Terra?
Sim, a olho nu, como um ponto brilhante que cruza o céu em poucos minutos, logo depois do pôr do sol ou antes do nascer, quando ela ainda está iluminada e o céu já está escuro.
Quantas pessoas vivem na Estação Espacial?
Normalmente de três a sete, conforme a missão. A tripulação se reveza em estadias que costumam durar cerca de seis meses.
Quando a Estação Espacial vai acabar?
A NASA prevê a retirada por volta de 2030, com um veículo da SpaceX que vai conduzir a reentrada sobre o oceano.
A Estação Espacial Internacional fica no céu porque anda 7,7 km por segundo, e todo o resto da engenharia (painéis que seguem o Sol, radiadores, mantas, correções de altitude) existe para manter gente viva dentro dessa queda permanente. A conta do período orbital é a primeira a fazer para entender qualquer satélite.
