Project Hyperion lança competição de design para viagem interestelar tripulada em naves de geração em 2024

O sonho de atravessar as profundezas do espaço e lançar a semente da civilização humana noutro planeta acompanha a nossa imaginação há gerações.

Desde que passámos a compreender que a maioria das estrelas do Universo provavelmente possui o seu próprio sistema de planetas, nunca faltaram vozes a defender que devíamos explorá-los - e, quem sabe, viver neles.

Com o início da Era Espacial, essa ambição deixou de ser apenas tema de ficção científica e entrou de vez no campo da investigação. Ainda assim, os obstáculos para ir além da Terra e alcançar outro sistema estelar são numerosos.

No fim das contas, existem apenas dois caminhos para enviar missões tripuladas a exoplanetas. O primeiro é desenvolver propulsões avançadas capazes de atingir velocidades relativísticas (uma fração da velocidade da luz). O segundo passa por construir naves que consigam sustentar tripulações por gerações - isto é, uma Nave de Geração (ou “nave-mundo”).

Em 1º de novembro de 2024, o Project Hyperion lançou uma competição de design para viagens interestelares tripuladas em naves de geração, baseadas em tecnologias atuais e de curto prazo. O concurso é aberto ao público e distribuirá, ao todo, $10,000 (USD) para conceitos inovadores.

O Project Hyperion reúne uma equipa internacional e interdisciplinar composta por arquitetos, engenheiros, antropólogos e urbanistas. Vários integrantes já colaboraram com agências e instituições como a NASA, a ESA e o Massachusetts Institute of Technology (MIT).

A competição é patrocinada pela Initiative for Interstellar Studies (i4is), uma organização sem fins lucrativos sediada no Reino Unido, dedicada a pesquisas que viabilizem a exploração robótica e humana - e a colonização - de exoplanetas em torno de estrelas próximas.

Embora ideias de espaçonaves interestelares existam desde os primeiros tempos da Era Espacial, o interesse por esse tema cresceu muito nas últimas duas décadas. Uma das razões é a recente explosão no número de exoplanetas conhecidos na nossa galáxia, que hoje soma 5,787 planetas confirmados em 4,325 sistemas estelares.

Isso ajuda a explicar o surgimento de propostas como Breakthrough Starshot, Swarming Proxima Centauri e o Genesis Project. Em geral, essas iniciativas apostam em naves em escala de gramas, energia dirigida (lasers) e velas de luz para alcançar velocidades de até 20% da velocidade da luz, reduzindo a viagem para décadas em vez de séculos ou milénios.

Ainda assim, levar pessoas - e em quantidade suficiente para fundar uma colónia noutro mundo - é um desafio muito maior.

Como já discutido num artigo anterior, uma nave baseada em métodos de propulsão conhecidos ou tecnicamente plausíveis levaria entre 1,000 e 81,000 anos para alcançar até mesmo a estrela mais próxima, Proxima Centauri.

Alguns conceitos mais arrojados, como Project Orion, Daedalus e Icarus, em teoria poderiam chegar a Proxima Centauri em 36 a 85 anos, mas os custos e a quantidade de propelente exigida tornam esses planos praticamente inviáveis.

A alternativa às propostas do tipo “ir rápido” é aceitar uma travessia longa - que pode durar séculos ou até milénios. Para isso, seria necessária uma nave grande o suficiente para acomodar centenas (ou milhares) de pessoas ao longo de várias gerações.

Para poupar espaço e diminuir a massa dedicada a carga, a tripulação teria de produzir grande parte dos alimentos a bordo e depender de sistemas de suporte de vida com regeneração biológica. Em outras palavras, a nave precisaria manter-se de forma autossuficiente, garantindo aos passageiros uma vida confortável e saudável até o destino.

Andreas Hein, professor associado de Engenharia Aeroespacial na University of Luxembourg e cientista-chefe no Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust, integra o Comité Organizador do Hyperion. Em mensagem por e-mail ao Universe Today, ele explicou:

"Pense na diferença entre um drone e um transatlântico. Projetos anteriores de espaçonaves interestelares, como Orion, Daedalus e Icarus, concentravam-se em sondas não tripuladas, com o objetivo principal de recolher dados científicos de sistemas estelares-alvo, incluindo a busca por sinais de vida.

"Em contraste, naves de geração são concebidas para transportar uma tripulação, com a meta principal de colonizar um exoplaneta ou outro corpo celeste no sistema estelar de destino. Elas também tendem a ser muito maiores do que sondas interestelares, embora provavelmente usem sistemas de propulsão semelhantes, como propulsão baseada em fusão."

Naves de Geração

O primeiro registo conhecido de uma descrição de nave de geração veio do engenheiro de foguetes Robert H. Goddard, um dos “pais da astronáutica moderna” - e homónimo do Goddard Space Flight Center da NASA.

No ensaio de 1918, “A Migração Definitiva” (“The Ultimate Migration”), ele imaginou uma “arca interestelar” a deixar o Sistema Solar num futuro distante, quando o Sol chegasse ao fim do seu ciclo de vida. Nessa visão, os passageiros ficariam criogenicamente congelados ou em torpor induzido durante grande parte do percurso, com exceção do piloto, que seria despertado periodicamente para orientar a nave.

Goddard sugeriu que o veículo deveria usar energia atómica, caso a tecnologia se concretizasse. Se não fosse possível, uma combinação de hidrogénio, oxigénio e energia solar poderia cumprir o papel. Segundo os cálculos dele, essas fontes permitiriam atingir 4.8 a 16 km/s (3 a 10 mi/s), ou cerca de 57,936 km/h (36,000 mph).

Depois dele, o famoso cientista russo de foguetes e cosmólogo Konstantin E. Tsiolkovsky - também reconhecido como um dos “pais da astronáutica moderna” - apresentou outra visão. Em 1928, no texto “O Futuro da Terra e da Humanidade”, descreveu uma “Arca de Noé” interestelar.

Na versão de Tsiolkovsky, a nave seria autossuficiente e a tripulação permaneceria acordada durante uma viagem que se estenderia por milhares de anos.

Em 1964, o cientista da NASA Dr. Robert Enzmann propôs o conceito mais detalhado até então de uma nave de geração: a “Enzmann Starship”. O plano descrevia um veículo com 600 meters (2,000 feet) de comprimento, impulsionado por um motor de fusão que utilizaria deutério como propelente. Para Enzmann, a nave partiria com 200 pessoas e teria capacidade para aumentar a população ao longo da missão.

Nos últimos anos, o tema passou a ser analisado por diferentes ângulos - do biológico e psicológico ao ético. Um exemplo é a série de estudos (2017-2019) conduzida pelo Dr. Frederic Marin, do Observatório Astronómico de Estrasburgo, com um software numérico desenvolvido sob medida (chamado HERITAGE).

Nos dois primeiros trabalhos, Marin e colegas realizaram simulações que indicaram que uma tripulação mínima de 98 (máx. 500), combinada com um banco criogénico de esperma, óvulos e embriões, seria necessária para assegurar diversidade genética e boa saúde na chegada.

No terceiro estudo, Marin e outro grupo de cientistas estimaram que a nave teria de ter 320 meters (1050 feet) de comprimento, 224 meters (735 feet) de raio e incluir 450 m² (~4,850 ft²) de “solo” artificial para cultivar alimento suficiente para sustentar o grupo.

Em síntese, propostas e estudos desse tipo convergem para o mesmo ponto: uma nave de geração, juntamente com os seus habitantes, precisa levar a “Terra” consigo e depender de sistemas biorregenerativos para repor alimentos, água e ar ao longo das gerações.

Como já foi observado, a maior parte da literatura sobre exploração interestelar tem privilegiado sondas ou naves e, em geral, enfatiza a velocidade em vez de garantir que os passageiros consigam completar a travessia.

Na avaliação de Hein, é por isso que o Project Hyperion se destaca como a primeira competição centrada em naves de geração e na manutenção da saúde e da segurança dos viajantes até a chegada a um sistema estelar próximo:

"Esta competição é sem precedentes - uma verdadeira estreia. Até onde sabemos, é a primeira vez que se lança uma competição de design focada especificamente em naves de geração. Ela parte de pesquisas anteriores da nossa equipa, realizadas desde 2011, que abordam questões fundamentais como o tamanho populacional necessário.

"Esta competição explora de forma única a complexa interação entre as tecnologias de uma nave de geração e a dinâmica de uma sociedade com recursos extremamente limitados.

"A maioria dos estudos tem abordado os aspetos tecnológicos, como propulsão e suporte de vida, mas muitas vezes trata a tecnologia da nave e a sociedade a bordo como assuntos separados. Essa abordagem é compreensível, dado o desafio de analisar essas interdependências. Chegámos até a receber o conselho de não mexer com isso.

"O nosso objetivo é dar um primeiro passo para explorar e imaginar essas interdependências. Queremos ser Cayley em vez de Da Vinci. Da Vinci imaginou aeronaves, mas Cayley concebeu os princípios básicos de design que abriram caminho para os Irmãos Wright."

A competição

As inscrições ficarão abertas até 15 de dezembro de 2024, e todas as equipas participantes devem pagar uma taxa de inscrição de $20. As três melhores propostas serão anunciadas em 2 de junho de 2025, com prémios de $5000 para o 1º lugar, $3000 para o 2º e $2000 para o 3º.

Além disso, dez equipas receberão menções honrosas por ideias criativas e inovadoras. Para mais detalhes, basta consultar o site do Project Hyperion e o Mission Brief.

De acordo com a sua declaração de missão, o Project Hyperion é um estudo preliminar e uma avaliação de viabilidade para voo interestelar tripulado com tecnologias atuais e de curto prazo.

A iniciativa pretende informar o público sobre a possibilidade futura de viagens interestelares e, ao mesmo tempo, orientar pesquisas e desenvolvimento tecnológico. Como descrevem no site, a competição segue o tema:

"A humanidade superou a grande crise de sustentabilidade do século XXI e transitou para uma era de abundância sustentável, tanto na Terra quanto no espaço.

"A humanidade agora alcançou a capacidade de desenvolver uma nave de geração sem grandes sacrifícios. Uma Nave Estelar Interestelar passa por um planeta gelado num sistema solar próximo.

"Indo além do exame clássico do problema da propulsão interestelar e do design estrutural para uma viagem que dura vários séculos, qual poderia ser o tipo ideal de arquitetura de habitat e de sociedade para garantir uma viagem bem-sucedida?"

A tarefa dos participantes é projetar a nave, o habitat e os seus subsistemas, incluindo pormenores sobre arquitetura e sociedade. O Project Brief apresenta outras Condições de Contorno relevantes, como a duração da missão, o destino e diversas considerações adicionais.

A missão deverá durar 250 anos, do lançamento à chegada ao sistema estelar-alvo, assumindo que a nave terá propulsão avançada capaz de atingir uma fração da velocidade da luz.

Para manter a tripulação saudável e protegida, o habitat precisa oferecer condições atmosféricas semelhantes às da Terra, além de blindagem contra raios galácticos, micrometeoritos e poeira interestelar (algo essencial em viagens relativísticas).

A nave também deve gerar gravidade artificial com secções rotativas, embora “partes do habitat possam ter gravidade reduzida”. O habitat precisa garantir alojamento e condições de vida adequadas para 1000 mais ou menos 500 pessoas durante toda a viagem. Além disso, o projeto deve permitir modificações ao longo do tempo para acomodar necessidades em mudança.

A estrutura social deve suportar variações culturais, incluindo língua, ética, estrutura familiar, crenças, estética, estrutura familiar e outros fatores sociais.

A competição também leva em conta a retenção e a perda de conhecimento em relação à Terra, algo que os organizadores consideram “quase inevitável”.

Cameron Smith, antropólogo na Portland State University e no Center for Human Space Exploration (CHaSE) da University of Arizona, também integra o Comité Organizador do Project Hyperion. Ao Universe Today, ele comentou:

"[A] situação de uma população, digamos milhares ou mesmo 1500 pessoas, viajando em isolamento por séculos seria única na experiência humana.

"Então, assim como planejamos a saúde da arquitetura e do hardware, mantendo-os em bom estado ao longo desse período, podemos planejar a saúde e a manutenção tanto da biologia quanto da cultura. E temos um excelente guia, que é a evolução.

"A evolução está no coração de todas as ciências da vida e também, de muitas maneiras, aplica-se à mudança cultural ao longo do tempo. A biologia evolui, e as culturas evoluem. E aprendemos a gerir as nossas culturas na Terra para se adaptar a uma ampla variedade de situações.

"A ideia, no entanto, é fazer as pessoas pensarem em como a cultura poderia ser ajustada para as condições incomuns que descrevi.

"Separação da Terra, separação de outras populações humanas, exceto por comunicação via rádio ou vídeo - que se tornará cada vez menor à medida que se afastam da Terra - o que poderia mudar ao longo do tempo da viagem que exigiria ajuste cultural?"

Ao longo do percurso, a população também precisa ter acesso a produtos básicos (roupas, abrigo etc.). A massa do habitat deve ser a menor possível, com confiabilidade ao longo de toda a jornada e com sistemas redundantes. O destino pretendido é um planeta rochoso num sistema estelar próximo (como Proxima b).

Num detalhe curioso, a competição destaca que esse planeta terá um ecossistema artificial criado por uma sonda precursora, no estilo do Project Genesis. Por isso, as tripulações não precisariam de adaptações genéticas ou biológicas significativas para viver nesse ecossistema. Nas palavras de Hein:

"250 anos numa lata e continuar feliz, ou seja: uma sociedade consegue prosperar num ambiente de recursos severamente limitados? Responder a essa pergunta é essencial para projetar uma nave de geração e também pode oferecer pistas sobre futuros sustentáveis na Terra.

"Do meu ponto de vista, tem havido uma falta significativa de soluções imaginativas para este desafio. 250 anos numa lata e continuar feliz, ou seja, uma sociedade consegue prosperar num ambiente de recursos severamente limitados?'"

"Responder a essa pergunta é essencial para projetar uma nave de geração e também pode oferecer pistas sobre futuros sustentáveis na Terra. Do meu ponto de vista, tem havido uma falta significativa de soluções imaginativas para este desafio."

"Também esperamos aumentar a consciência sobre as complexidades por trás das tecnologias de hoje. Quais tecnologias poderiam ou deveriam ser preservadas numa nave de geração, e quais podem ser perdidas?

"Pesquisas mostram que o tamanho populacional de uma sociedade afeta a diversidade e a complexidade das suas tecnologias. A maioria das tecnologias modernas exige cadeias de fornecimento intrincadas envolvendo inúmeras empresas, infraestrutura e sistemas regulatórios.

"Portanto, uma nave de geração provavelmente dependerá de soluções de baixa tecnologia, a menos que tecnologias disruptivas, como manufatura molecular ou Standard Template Constructs (como retratado em Warhammer 40k), se tornem viáveis."

Uma abordagem interdisciplinar

Um dos eixos centrais da competição é a pesquisa interdisciplinar - algo que espelha o próprio perfil do comité organizador. Essa postura tem ganho força na pesquisa espacial, em grande parte impulsionada pelo crescimento do setor espacial comercial.

Hoje, em muitas empresas e organizações sem fins lucrativos, a investigação tradicional deixou de se limitar à engenharia aeroespacial e passou a incorporar arquitetura e design de interiores, biologia, sociologia, psicologia, agricultura e outras áreas, com o objetivo de conceber soluções para uma vida saudável e sustentável no espaço.

Pelas regras, cada equipa deve incluir pelo menos um designer arquitetónico, um engenheiro e um cientista social (sociólogo, antropólogo etc.). Yazgi Demirbas Pech, arquiteta e designer do Comité Organizador, explicou:

"Esperamos que esta competição inspire uma colaboração interdisciplinar mais ampla, destacando o valor de áreas como a arquitetura e as ciências sociais - especialmente críticas no planeamento de missões de longa duração e longa distância.

"Uma abordagem holística que integre esses diversos campos pode contribuir para soluções mais sustentáveis e centradas no ser humano para a exploração espacial.

"Ao contrário das práticas arquitetónicas tradicionais na Terra, a arquitetura espacial exige um equilíbrio delicado entre restrições técnicas rigorosas - como espaço físico limitado, condições ambientais extremas e recursos restritos - e as necessidades humanas essenciais de conforto, segurança e bem-estar psicológico.

"Aqui, a arquitetura torna-se um elemento de sustentação da vida, permitindo que as pessoas vivam, trabalhem e prosperem através de enormes distâncias e escalas de tempo.

"Com esta competição, convidamos as equipas a desafiar princípios convencionais de design e a redefinir o que significa 'lar' entre as estrelas. Incluir arquitetos ou estudantes de arquitetura nas equipas sem dúvida acrescentará novas perspetivas a esta competição instigante."

Resolver para o espaço ajuda a resolver para a Terra

Outro elemento importante do concurso é incentivar ideias que também possam ser úteis aqui na Terra. Isso é especialmente relevante num futuro de exploração espacial que inclui planos de construir bases na Lua, em Marte e além.

Tal como numa nave de geração, missões cada vez mais distantes não podem depender de reabastecimentos frequentes enviados da Terra. Assim, os habitats têm de ser o mais autossuficientes possível, assegurando ar, água e alimento em quantidade e qualidade para uma vida confortável.

Há décadas, cientistas e planeadores buscam inspiração no ambiente natural terrestre. Um exemplo é o projeto Biosphere 2, que realizou dois experimentos entre 1991 e 1994, nos quais voluntários viveram num bioma selado que reproduzia vários ambientes da Terra.

Desde 2007, a University of Arizona utiliza a instalação para pesquisas por meio do programa CHaSE, mantendo-a também aberta à visitação.

"Desde os anos 1990, [a Biosphere 2] tem sido um centro de pesquisa sobre ecossistemas fechados como se estivéssemos numa nave estelar, e a pesquisa aqui continua. [Eu] na verdade estou a residir na biosfera até janeiro, e estou a olhar para as estrelas e envolvido com tudo isso agora", disse Smith, que escreveu ao Universe Today a partir da própria instalação.

Como ele acrescentou, os resultados desse experimento e de estudos semelhantes têm aplicações relevantes para a vida na Terra, sobretudo porque no espaço não há margem para erro:

"[A] planificação e a preparação para a nave estelar em termos de sua cultura e proteções biológicas para os descendentes seriam muito cuidadosamente desenhadas para lhes dar as maiores proteções, talvez de maneiras mais especificamente adaptadas à sua sobrevivência e boa saúde do que em qualquer cultura que já existiu na Terra.

"Na viagem interestelar, as coisas precisam correr exatamente bem para sobreviver por múltiplas gerações no ecossistema fechado, então a planificação e a preparação teriam de ser muito completas."

Como uma falha no espaço frequentemente significa morte - especialmente quando pessoas estão longe da Terra e missões de resgate demorariam demais - as tecnologias de que futuros exploradores e colonos dependerão precisam ser regenerativas, à prova de falhas e sustentáveis ao longo do tempo.

Esse tipo de pesquisa e desenvolvimento traz benefícios diretos para problemas urgentes na Terra: mudanças climáticas, sobrepopulação, pobreza e fome, além da necessidade de formas de vida mais sustentáveis. Pech destacou:

"Acredito que pensar além da Terra pode oferecer insights valiosos sobre como poderíamos melhorar a vida aqui na 'nave espacial Terra'. Assim como no espaço, onde enfrentamos inúmeros desafios, o nosso planeta exige abordagens inovadoras para promover harmonia e resiliência em meio aos conflitos e desafios globais atuais."

Há também o efeito adicional de estimular perguntas sobre a vida no Universo e sobre como civilizações extraterrestres (ETCs) poderiam já estar a viajar entre as estrelas. Essas questões são discutidas há décadas no contexto do Paradoxo de Fermi. Hein afirmou:

"Por fim, assim como o Project Daedalus demonstrou a viabilidade teórica de viagens interestelares, queremos estabelecer uma 'prova de existência' semelhante para a viagem humana até as estrelas.

"Alcançar isso adicionará novas perspetivas ao Paradoxo de Fermi: se conseguimos imaginar hoje uma viagem interestelar tripulada, uma civilização mais avançada já deveria tê-la realizado. Então, onde eles estão?"

Quem tiver interesse na competição ou quiser tirar dúvidas pode entrar em contato com a Initiative for Interstellar Studies pelo e-mail [email protected]. A i4is aceitará perguntas e respostas até 1º de dezembro de 2024.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universe Today. Leia o artigo original.