Goddard Space Flight Center da NASA: explorando a Terra e o espaço por controle remoto

O espelho principal do Telescópio Espacial James Webb é testado na gigantesca sala limpa da NASA

O espelho principal do Telescópio Espacial James Webb é testado na gigantesca sala limpa do Goddard Space Flight Center da NASA. (Crédito da imagem: NASA / Francis Reddy (Syneren Technologies))

O Goddard Space Flight Center (GSFC) da NASA é a maior organização de cientistas e engenheiros espaciais do país, de acordo com o site da agência . Com um campus principal a nordeste de Washington, D.C., em Greenbelt, Maryland, o GSFC gerenciou ou desempenhou papéis importantes em centenas de missões da NASA, incluindo o telescópio espacial Hubble , Lunar Reconnaissance Orbiter, satélites Landsat, Parker Solar Probe e a rede Tracking and Data Relay Satellite (TDRS).

O GSFC também gerencia várias instalações em outros locais, incluindo:

The Wallops Flight Facility na costa leste de Viriginia - um local de lançamento de foguetes suborbitais, balões de pesquisa e aeronaves de pesquisa.
O Instituto Goddard de Estudos Espaciais na cidade de Nova York - um centro de pesquisas climáticas.
O Centro de Verificação e Validação Independente Katherine Johnson, em Fairmont, West Virginia, onde programas de computador para missões espaciais são testados.
O Complexo White Sands no Novo México - uma das estações terrestres da rede TDRS.

Um centro de visitantes no campus Greenbelt dá as boas-vindas ao público e opera programas educacionais, e um centro de visitantes em Wallops oferece exibições para lançamentos, bem como exibições e programas educacionais.

Um novo centro de pesquisa para a era espacial

O GSFC foi fundado pouco depois da própria NASA, no final de 1958. Como Alfred Rosenthal explicou em sua publicação de 1968 ' Aventure-se no espaço: os primeiros anos do Goddard Space Flight Center '(NASA, 1968), o GSFC forneceu uma base institucional para especialistas de projetos militares, como o programa de satélites Vanguard da Marinha e o trabalho do Exército em comunicação espacial, que estavam sendo transferidos para a nova agência espacial civil. O Centro também recebeu uma longa lista de outras funções, incluindo pesquisa teórica, desenvolvimento de instrumentos para voar no espaço, interpretação de resultados científicos de programas de voo e administração de contratos.

Em contraste com alguns outros centros da NASA, como Glenn e Langley, que eram baseados em instalações aeronáuticas estabelecidas, Goddard foi criado especificamente para trabalhar na pesquisa espacial.

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A construção do novo centro começou em 1959 em terras anteriormente pertencentes ao Departamento de Agricultura dos Estados Unidos. Em março de 1961, o centro foi formalmente dedicado e nomeado em homenagem ao pioneiro dos foguetes americanos Robert H. Goddard , 35 anos depois de lançar o primeiro foguete movido a combustível líquido de sucesso em Auburn, Massachusetts.

Hoje, de acordo com o site do Centro, o campus principal de Goddard compreende mais de 34 edifícios em um campus que ocupa 1.270 acres. Todas as instalações de Goddard, combinadas, empregam mais de 10.000 pessoas, afirmou o Centro em seu Relatório anual de 2018 .

Uma vista aérea do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.(Crédito da imagem: NASA Goddard / Bill Hrybyk)

Conquistas iniciais notáveis

Uma cronologia da NASA de Missões Goddard lista 104 lançamentos em sua primeira década (1959-1969), incluindo 40 satélites Explorer para medir o ambiente espacial ao redor da Terra, 10 satélites meteorológicos TIROS, cinco Observatórios Solares Orbitantes, três satélites de comunicações Syncom, cinco Observatórios Geofísicos Orbitantes, oito fotografia de nuvem ESSA satélites, dois Observatórios Astronômicos Orbitantes e quatro Satélites de Tecnologia de Aplicações. Uma variedade de problemas técnicos afetou algumas dessas primeiras missões, mas a maioria foi bem-sucedida.

Os primeiros satélites Explorer de Goddard inauguraram o novo campo da física espacial medindo o campo magnético da Terra e mostrando como Campo magnético da terra desvia a maioria das partículas do vento solar ao redor da Terra enquanto aprisiona algumas partículas nos cinturões de radiação de Van Allen.

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As equipes em Goddard conseguiram o lançamento em 1960 do primeiro satélite de comunicações - um enorme balão mylar chamado Echo que refletia as transmissões de rádio de volta para a Terra, bem como os primeiros satélites espaciais internacionais: Ariel, em colaboração com o Reino Unido, e Alouette I, com o Canadá, ambos em 1962. Ariel e Alouette foram os pioneiros de uma parceria do tipo 'sem troca de fundos', na qual os parceiros contribuem com serviços e equipamentos para um projeto, mas nenhum dos parceiros paga a nenhum dos outros com dinheiro. Este arranjo é usado até hoje em projetos como a Estação Espacial Internacional.

Os engenheiros de Goddard organizaram a criação do foguete Delta como um veículo para lançar cargas úteis de pequeno a médio porte na órbita da Terra e o usaram em muitos dos primeiros lançamentos de Goddard. Entre muitas variações posteriores do design, o Delta II tornou-se um 'burro de carga da indústria', com 155 lançamentos de 1989 a 2018, de acordo com Boeing .

Um impulsionador Delta II da Força Aérea dos EUA com um satélite GPS. Os engenheiros de Goddard desenvolveram o foguete Delta que foi usado para vários lançamentos.(Crédito da imagem: foto da Força Aérea dos EUA)

A chave para tudo: comunicação

Um satélite em órbita baixa da Terra passa apenas alguns minutos dentro do alcance de qualquer estação de rastreamento, portanto, muitas estações são necessárias para se manter em contato com uma nave ao longo de uma órbita. Como a historiadora da NASA Lane Wallace explica em seu livro ' Sonhos, esperanças, realidades , '(NASA, 1999), ao longo das décadas, Goddard organizou uma série de redes mundiais de antenas na Terra para se comunicar com espaçonaves em órbita, dando um exemplo de cooperação internacional em projetos técnicos.

A rede Minitrack de Goddard, criada para os primeiros satélites a partir dos anos 1950, deu origem à Mercury Space Flight Network dos anos 1960, com sete estações terrestres e dois navios no mar comunicando-se com astronautas solitários em cápsulas Mercury. A comunicação entre as estações terrestres dependia de linhas telefônicas, que podiam falhar. Então, durante Projeto Gêmeos , que colocou tripulações de dois homens em órbita em meados da década de 1960, Goddard manteve um centro de controle de missão de backup que poderia substituir Houston, se necessário.

Para lidar com os downloads de big data dos primeiros observatórios espaciais robóticos, Goddard montou uma nova Rede de Rastreamento e Aquisição de Dados por Satélite (STADAN), com antenas de até 85 pés (25 metros) de largura em 21 locais ao redor do mundo. Os satélites de Tecnologia de Aplicações (ATS) de Goddard demonstraram o conceito de usar satélites em órbita para retransmitir mensagens entre espaçonaves e estações terrestres. O ATS levou ao TDRSS, o Sistema de Rastreamento e Relé de Dados por Satélite, que agora inclui 10 satélites em órbitas geossíncronas que fornecem comunicação quase contínua com a Estação Espacial Internacional, o Telescópio Espacial Hubble e outras espaçonaves.

Goddard também gerencia a Near Earth Network de mais de 15 estações terrestres operadas comercialmente em todo o mundo para comunicação com espaçonaves em órbita e a NASA Communications Network (NASCOM), que envia dados entre centros de controle. De acordo com seu relatório anual de 2018, Goddard está trabalhando em comunicações espaciais usando luz laser, que pode transmitir mais dados por segundo do que ondas de rádio.

O Centro de Integração de Redes de Goddard, retratado aqui, lidera toda a coordenação de suporte de comunicações espaço-solo para a Estação Espacial Internacional e garante cobertura completa de comunicações por meio da Rede Espacial da NASA.(Crédito da imagem: NASA Goddard)

Terra e espaço em profundidade

Começando na década de 1970, o trabalho de Goddard cresceu para incluir vistas mais profundas do espaço e um exame mais detalhado da Terra usando espaçonaves robóticas.

Observatórios solares em órbita observavam o sol em luz ultravioleta, raios-X e raios gama que não podem ser vistos em observatórios no solo porque esses comprimentos de onda são bloqueados por atmosfera da Terra . o Satélite Solar Max observou erupções solares e também foi reparado por astronautas do ônibus espacial em 1984, abrindo caminho para a futura manutenção em órbita do Telescópio Espacial Hubble.

O satélite Uhuru, desenvolvido em Goddard, foi lançado em 1970 e descobriu o Cygnus X-1, o primeiro objeto observado que se acredita conter um buraco negro. A gerente de projeto de Uhuru em Goddard, Marjorie Townsend, era a primeira mulher para gerenciar um projeto de satélite da NASA.

Outros satélites Goddard sensíveis a raios X e raios gama estabeleceram a ligação entre galáxias e misteriosas fontes poderosas de luz chamadas quasares. Os satélites também analisaram o gás em aglomerados de galáxias, encontraram novos pulsares e descobriram explosões de raios gama.

Outra das realizações de Goddard foi o satélite International Ultraviolet Explorer, lançado em 1978 e apresentava um novo tipo de giroscópio estabilizador que mais tarde foi usado no Telescópio Espacial Hubble. O satélite também demonstrou um novo sistema de software 'transparente', permitindo que astrônomos convidados usassem o telescópio.

O satélite Cosmic Background Explorer (COBE), lançado em 1989, fez a primeira medição precisa da radiação cósmica de fundo, também conhecida como pós-brilho do Big Bang. O cientista do GSFC John Mather compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 2006 para o projeto.

Os primeiros satélites meteorológicos voavam em órbitas terrestres relativamente baixas, capazes de fotografar uma determinada região geográfica apenas quando passavam por ela. Em 1975, o GSFC desenvolveu o primeiro Satélite Operacional Ambiental Geoestacionário (GOES), que voou em uma órbita alta que o manteve quase estacionário acima da longitude da América do Norte. A série GOES passou por várias gerações de melhorias, levando aos satélites GOES-16 e GOES-17 que monitoram o hemisfério ocidental atualmente. Os satélites GOES, uma vez construídos e lançados, são entregues à Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) para operação diária.

Um dos primeiros satélites geossíncronos Goddard, ATS-3 , tirou a primeira fotografia colorida baseada no espaço de um hemisfério inteiro da Terra em 1967. E um instrumento no Nimbus 7 de Goddard confirmou a existência de um 'buraco' na camada de ozônio sobre a Antártica em 1985.

Passado recente, presente e futuro

O campus principal de Goddard tem vários instalações especializadas de teste e fabricação , Incluindo:

Uma centrífuga que pode sujeitar 5.000 libras. (2.268 quilogramas) de hardware de espaçonave para 30 g.
Uma câmara de reverberação que pode gerar até 150 decibéis de som, submetendo o hardware aos níveis de ruído de um lançamento de foguete.
Uma Câmara de Ambiente Espacial que pode atingir uma ampla gama de condições térmicas e de vácuo.
O Spacecraft Magnetic Test Facility, com um sistema de bobina magnética que pode cancelar o campo magnético da Terra.
The High Bay Clean Room, adequada para a montagem final de uma espaçonave, a maior do gênero no mundo, com volume de 36.800 metros cúbicos (1,3 milhão de pés cúbicos).

Goddard participa de mais de 50 projetos atuais de voos espaciais. Entre eles, o Telescópio Espacial Hubble e o Lunar Reconnaissance Orbiter têm seus centros de controle de missão no campus do GSFC. Duas sondas de Marte atualmente em operação, Curiosity e MAVEN, carregam instrumentos científicos desenvolvidos por Goddard. O Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), que busca planetas ao redor de outras estrelas desde 2018, está sob o gerenciamento de Goddard.

As missões Goddard sendo preparadas para lançamento incluem o Landsat 9, o mais recente de uma série de satélites de monitoramento da Terra que remontam a 1972; o Telescópio Espacial James Webb (em colaboração com as agências espaciais europeias e canadenses); Lucy, a missão de explorar os asteróides de Tróia que acompanham Júpiter; e WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) , que deve gerar imagens de grandes áreas do céu 1.000 vezes mais rápido que o Hubble.

Se você viu uma animação particularmente bonita de como funciona um eclipse solar ou o que faz as fases da lua, pode muito bem ter vindo de Estúdio de Visualização Científica de Goddard , que produz imagens estáticas e animações com base em dados coletados por missões da NASA.

Wallops: pequeno e aventureiro

Foguetes relativamente pequenos, chamados de foguetes de sondagem, voam a altitudes de 62 a 870 milhas (100 a 1400 quilômetros) da Wallops Flight Facility da NASA, em Wallops Island, Virgínia. Wallops originado como uma instalação de teste de mísseis no final da Segunda Guerra Mundial e foi colocado sob a gestão de Goddard em 1981.

Foguetes de sondagem fornecem uma maneira econômica de testar instrumentos espaciais e estudar regiões do espaço que não podem ser alcançadas com aeronaves, balões ou espaçonaves em órbita. Até o final de 2018, Wallops havia hospedado mais de 116.000 lançamentos, de acordo com o relatório anual de 2018 de Goddard.

Adjacente às operações da NASA na Ilha Wallops está o Porto espacial regional do meio do Atlântico (MARS), onde os foguetes Antares lançaram módulos de carga Cygnus para a Estação Espacial Internacional. MARS é operado pela Comunidade da Virgínia.

Um foguete Northrop Grumman Antares com uma espaçonave Cygnus, visto ao nascer do sol em 16 de abril de 2019, nas instalações de voo Wallops da NASA na Virgínia.(Crédito da imagem: NASA / Bill Ingalls)

GISS: Pesquisa climática na cidade de Nova York

o Instituto Goddard de Estudos Espaciais (GISS) foi estabelecido nos primeiros dias da NASA sob a direção do físico Robert Jastrow, que vinha fazendo um trabalho teórico para o programa de satélite Vanguard do Naval Research Laboratory na década de 1950.

Quando a equipe do Vanguard foi incorporada ao novo centro Goddard da NASA, Jastrow convenceu os gerentes da NASA de que a divisão de pesquisa teórica deveria estar localizada perto das principais universidades de pesquisa para atrair pesquisadores acadêmicos. Em 1961, a GISS começou a operar em escritórios na cidade de Nova York, perto da Universidade de Columbia.

No final da década de 1960, o GISS mudou alguns quarteirões para o prédio que agora ocupa. Este edifício mais tarde ficou famoso porque seu andar térreo inclui o Tom's Restaurant, o ponto de encontro regular dos personagens da série de TV 'Seinfeld'.

Durante seus primeiros anos, sob Jastrow, o instituto se concentrou em astrofísica e ciências planetárias. Sob James Hansen, diretor de 1981 a 2013, e seu sucessor, Gavin Schmidt, a pesquisa do GISS se voltou para as mudanças climáticas e outros aspectos globais do meio ambiente da Terra.

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