Mapear é preciso
O brasileiro Alberto Moreira peitou a Nasa para refazer o mapa-múndi em altíssima definição com tecnologia alemã
Julho de 2010 foi o mês mais tenso da vida de Alberto Moreira. Pilotando dois satélites alemães de R$ 540 milhões (125 milhões de euros), a 514 km de altitude e 28 mil km/h, o engenheiro eletrônico brasileiro iniciou uma das manobras mais ousadas da corrida espacial em todos os tempos. A missão era emparelhar os bólidos a 150 m um do outro – algo como dirigir dois carros a 200 km/h, lado a lado, com 1 m de distância entre eles. Não bastasse a pressão do momento e o grau de dificuldade, a Nasa, temerosa – e talvez invejosa – pelo arrojo de Alberto, enviava mensagens diárias alertando para o risco de colisão. “Eles pediam, por favor, para a gente aumentar a distância entre os satélites. E a gente dizia para eles ficarem calmos porque os satélites ficariam ainda mais próximos”, revela Alberto.
Foram quase três meses até que as trajetórias dos satélites TerraSAR-X e TanDEM-X se alinhassem para cumprir seu propósito: fazer um mapa 3D do planeta com resolução sem precedente – a margem de erro das imagens coletadas é de apenas 2 m. Depois dessa fase, os equipamentos atingiram uma posição estável e a agência espacial americana parou de mandar os avisos. “Até hoje ninguém tinha feito dois satélites voarem assim”, vibra o brasileiro, que desde 2001 é diretor do Instituto de Micro-ondas e Sistema de Radares do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) – o equivalente germânico da Nasa – e capitaneia o projeto TanDEM-X, uma parceria público-privada entre o DLR e a empresa francesa Airbus.
A partir de outubro, mais de 100 mil pesquisadores terão acesso aos dados topográficos do TanDEM-X, revelando a superfície do planeta com grande precisão – dos relevos submersos nos oceanos às curvas de cada morro e montanha. Após quatro anos de coleta de dados e 2,5 mil terabytes produzidos, os pesquisadores já montaram 70% do mapa. Ainda faltam os 30% mais difíceis: cadeias de montanhas como os Andes, Alpes, Pirineus, Himalaia e as Rochosas. Essa fase final do processamento – também conhecido como renderização – se estende até meados de 2016: 30 anos depois que Alberto chegou à Alemanha para o doutorado com essa ideia ambiciosa na cabeça.
Lá em 1986, pouca gente no mundo além de Alberto imaginava que tipo de tecnologia usar para fazer um mapa topográfico uniforme da Terra. Até então, alturas e profundidades eram representadas por gráficos simulando texturas e traçados (curvas de nível). Ele tinha o sonho de usar radares no mapeamento da superfície da Terra. Como ainda não havia tecnologia disponível na época, a solução foi desenvolver os recursos e testá-los no próprio DLR, já que o centro alemão demonstrava interesse nas pesquisas que o jovem brasileiro desenvolvia.
Nascido em São José dos Campos, interior de São Paulo, Alberto saiu de uma escola pública estadual direto para o Instituto Tecnológico Aeroespacial (ITA), até hoje um dos cursos superiores mais difíceis do vestibular. Chegou a Oberpfaffenhofen, um vilarejo alemão a 30 quilômetros de Munique, com uma bolsa de estudo. Logo no segundo dia de estada, soube que o diretor do instituto do DLR queria conhecê-lo. De cara, o supervisor aprovou as aspirações de Alberto.
Os bons resultados foram logo reconhecidos e sete anos depois, em 1993, Alberto já era o chefe de pesquisa. Três anos mais tarde, virou chefe de departamento e, em 2001, tornou-se o mais jovem pesquisador – e o primeiro estrangeiro – a assumir a direção de um instituto do DLR. Desde então, trabalha na mesma sala em que entrou como estudante para se apresentar ao diretor. “Eu nunca poderia imaginar que, um dia, estaria sentado nessa cadeira como diretor”, confessa.
Rejeitado pela Nasa
“As ideias do TanDEM-X eram da época do meu doutorado, de pesquisa de grupo. Fui desenvolvendo as patentes e as publicações sempre com essa visão de ter dois satélites voando lado a lado para fazer um mapa novo da Terra em 3D”, explica.
O projeto acumula uma série de inovações. Seus dois satélites, equipados com radares, voam numa trajetória helicoidal, que lembra a estrutura do DNA. Essa formação de voo foi a solução encontrada pelo engenheiro para mapear o planeta com a precisão desejada.
Antes de lançar a missão, o DLR procurou a Nasa para discutir uma parceria. Mas os americanos foram categóricos: avaliaram que dois satélites numa formação de voo como a proposta pelo TanDEM-X tinha tudo para fracassar. E os EUA recusaram participar da empreitada.
Com a rejeição da Nasa, o DLR se aliou a parceiros na Alemanha – entre eles, duas empresas da Airbus: a fabricante de satélites Astrium e a Space, braço militar da companhia francesa – e a missão seguiu o cronograma. O primeiro satélite do projeto, o TerraSAR-X, foi lançado em junho de 2007 e entrou em operação em janeiro do ano seguinte. O seu irmão gêmeo, o TanDEM-X, que dá nome à missão, só foi para o espaço em junho de 2010. Depois de 25 dias, a 20 km do TerraSAR-X, ele começou a fazer a aproximação descrita no início da reportagem.
Do 3D ao triatlo
A equipe de Alberto Moreira corre para acompanhar seu ritmo. Quando não está “pilotando” os satélites alemães, Alberto nada, pedala e corre, competindo com os colegas cientistas em um triatlo anual, idealizado por ele próprio em 1992, quando ainda estava no doutorado. O evento é parte do calendário de verão do instituto e é uma versão reduzida da competição tradicional: 300 m de natação, 12 km de pedalada e 4 km de corrida. A disputa já virou tradição, com pelo menos 50 participantes a cada edição.
O troféu de 2015 ficou com o chefe. “Quando deixei a bicicleta para começar a corrida, eu estava em terceiro lugar. Mas naquele dia estava um calor de 35 graus, e os alemães não aguentaram correr. Eu cheguei na frente com quase 3 minutos de folga para o segundo. Deixei muitos jovens de 25, 30 anos para trás”, relembra o campeão, de 53.
É com esse pique que Alberto Moreira comanda os 150 funcionários do instituto, que é responsável por 80% da produção científica da unidade do DLR em Oberpfaffenhofen.
A sala de controle dos satélites também fica nessa unidade, responsável pela operação, recepção e processamentos dos dados do TanDEM-X. Toda a informação compilada será distribuída gratuitamente a cientistas que manifestaram interesse e se inscreveram no DLR, o que pode gerar pesquisas relevantes nos campos da hidrologia, geologia, oceanografia e pesquisa ambiental, entre outros. A Infoterra, outra subsidiária da Airbus, detém os direitos de uso comercial da base de dados tridimensionais, chamada de WorldDEM. Ou seja, vende informações para os mercados de inteligência militar, exploração de petróleo e gás, agricultura, engenharia civil, vigilância marítima, planejamento urbano, gestão de crise em caso de catástrofes naturais etc.
Desde o lançamento do primeiro satélite da missão até o fim da coleta dos dados pelos radares, em junho de 2014, não houve incidentes. “Mas tivemos que lidar, e ainda lidamos, com muitos desafios”, ressalta Alberto. A sincronização dos relógios dos satélites para que funcionassem como o planejado, por exemplo, não foi tão simples como os cientistas previram. “Quando os satélites chegaram pertinho um do outro, tínhamos que sincronizar os relógios com uma precisão incrível. Mas não dava certo e a gente não sabia o porquê”, revela. Foram dois meses até que a equipe matasse a charada: eles deviam levar em conta os efeitos relativísticos causados pela diferença entre a velocidade de voo dos satélites (28 mil km/h) e a de rotação da Terra (1,67 mil km/h). Ou seja, o tempo corria mais rápido nas alturas do que nos relógios da sala de controle em terra.
Considerando isso, a sincronização deu certo e agora os relógios marcam praticamente a mesma hora. Entre eles há uma diferença de um picossegundo (0,0000000000001 s), uma grandeza tão minúscula que, à velocidade da luz, essa diferença de tempo corresponderia a apenas um milímetro.
Pintou um clima
O sucesso do TanDEM-X fez a Nasa repensar a parceria negada. “Eles estiveram recentemente aqui no DLR para discutir uma proposta para uma nova missão, que vai se chamar TanDEM-L”, revela Alberto. O projeto também teria dois satélites com radares voando em formação, mas que trabalhariam com radares numa frequência mais baixa, chamada de “L”, de cerca de 1,3 gigahertz. As ondas da banda L têm comprimento de 24 cm – cerca de oito vezes maior que as da banda X (3,1 cm). Só com os sinais desse comprimento de onda é possível penetrar espessas vegetações até o chão e, portanto, medir estruturas verticais – como o tamanho das árvores.
O TanDEM-L será uma missão voltada para o estudo do clima no planeta. Como essa frequência “enxerga” com profundidade terrenos com florestas, gelo e neve, os cientistas querem calcular a biomassa e a quantidade de carbono que está na mata, com a finalidade de entender melhor o ciclo do carbono na Terra.
Por enquanto, Nasa e DLR conversam sobre a nova empreitada que, se der certo, será lançada apenas em 2021. A agência americana chegou a testar um radar desenvolvido pelos alemães a bordo de um avião. A prática serve para simular novas missões e testar equipamentos que serão usados nos próximos cinco anos. “Eu espero também, um dia, conversar sobre parcerias com o Brasil. Sei que o País está começando agora estudos na área de radar e seria uma oportunidade única se aliar à Alemanha, que tem longa experiência na área”, sonha o triatleta.
Trabalho de relevo
O sucesso do mapeamento 3D fez a Nasa procurar Alberto para uma parceria: o TanDEM-L, voltado para o estudo do clima no planeta.
Olhos neles
Para obter o mapeamento 3D, dois satélites trabalham como nossos olhos, juntando duas imagens levemente diferentes em uma só – garantindo a noção de profundidade. Um dos satélites vai à frente, transmitindo micro-ondas que mapeiam a superfície e voltam para o satélite. O outro satélite vem atrás só capturando o sinal. A órbita helicoidal (com os satélites se cruzando de tempos em tempos) foi a configuração de voo mais simples e segura para permitir que a Terra inteira fosse coberta, de forma homogênea, pela trajetória dos satélites.
Um, dois, 3D
Entenda o avanço que o TanDEM-X representa para a topografia em escala planetária
Até 2000
Os mapas topográficos da Terra tinham baixa resolução e eram inconsistentes ou incompletos. É que os dados vinham de fontes diferentes, que empregavam métodos de pesquisa muitas vezes conflitantes. Era como uma grande colcha de retalhos.
2000
A Nasa produziu um mapa em alta resolução por meio de um radar instalado no ônibus espacial Endeavour. A Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) durou dez dias, coletou dados da superfície que serviam de base para operações militares e civis. No entanto, o projeto não mapeou o planeta por completo, deixando “vazios” nas latitudes menores.
2007 a 2014
Os satélites TerraSAR-X e TanDEM-X mapearam, com micro-ondas, os 150 milhões de km2 da superfície da Terra com uniformidade inédita. Voando lado a lado, operaram como olhos humanos, apontando para o mesmo ponto sob ângulos levemente diferentes. Assim, geraram imagens com largura, altura e profundidade. 3D, enfim.
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