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InSight: Explorando o Interior de Marte

O foco mudou, tudo bem… Pelo menos nos próximos 10 anos será Lua – e não Marte – o alvo da NASA para missões tripuladas além da órbita da Terra. Mas isso não significa que desistimos do Planeta Vermelho. Longe disso, a NASA toma a decisão mais acertada: fazer de nossa Lua agora um laboratório para a futura exploração humana em Marte e além.

A Missão InSight

A partir da base da Força Aérea de Vandenbert, em 5 de maio de 2018, abordo de um foguete Atlas V-401 da United Launch Alliance, a NASA lançou sua Missão InSight – acrônimo para Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport – rumo a Marte, numa viagem de 485 milhões de quilômetros e seis meses de duração, chegando hoje no seu momento decisivo: o pouso com sucesso no Planeta Vermelho em 26 de novembro de 2018.

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Figura 1 – Foguete Atlas V-401 antes do lançamento da Missão InSight.

Pointing up A Missão InSight foi a primeira missão para outro planeta lançada a partir da Costa Oeste dos Estados Unidos. Em geral os lançamentos de foguetes são realizados na Costa Leste – a partir do Kennedy Space Center da NASA – e voam para leste, sobre as águas do Oceano Atlântico, aproveitando-se do sentido de rotação da Terra para adicionar impulso extra ao veículo lançador. O Atlas V-401, no entanto, é poderoso o suficiente para voar para o sul em direção ao mar da base da Força Aérea de Vandenberg, sem necessidade do impulso extra da rotação da Terra.

A Missão InSight é a mais ambiciosa missão exploratória em Marte, pois contará com um explorador robótico enviado para fazer o primeiro checkup completo e estudar em profundidade o interior do planeta desde a sua formação há 4,5 bilhões de anos: sua crosta, seu manto e seu núcleo.

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Figura 2 – Aspecto do interior do planeta Marte.


Objetivos da Missão

Missões anteriores para o planeta vermelho investigaram sua superfície através do estudo de suas crateras, vulcões, rochas e solo. Mas as assinaturas da formação do planeta só podem ser encontradas por sensoriamento e estudos de seus sinais vitais muito abaixo da superfície. Este é o principal objetivo da Missão InSight.

Um planeta rochoso se forma a partir de materiais reunidos num processo chamado acreção. Este material então é separado em camadas à medida em que se esfria, que é conhecido como diferenciação. Um planeta totalmente formado emerge lentamente, com uma camada superior, conhecida como a crosta, o manto no meio e um núcleo de ferro sólido.

Um dos objetivos da missão será descobrir como Marte – e consequentemente outros corpos rochosos do Sistema Solar – se formou e evoluiu até se tornar um planeta. A missão também vai determinar a taxa de atividade tectônica marciana e impactos de meteoritos.

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Figura 3 – Processo de acreção de um planeta.

Pointing up Em astrofísica, acreção é a acumulação de matéria na superfície de um astro, através da ação da gravidade. A maioria dos objetos astronômicos, como galáxias, estrelas e planetas é assim formada.

Um completo laboratório totalmente automatizado será enviado ao Planeta Vermelho. A Missão InSight contará com vários equipamentos científicos de última geração, entre os quais se destacam:

  • Um sismógrafo para estudar a crosta de Marte e obter dados importantes sobre a temperatura, pressão e composição do material que primeiro formou o planeta.
  • Uma sonda de fluxo de calor investigará quanto calor ainda está fluindo do interior de Marte. Suas observações irão gerar dados sobre o quanto a Terra e Marte são feitos do mesmo material, dando uma ideia de como o planeta evoluiu.
  • Um rádio de experimento científico que medirá as menores alterações da sonda e revelar como Marte está se movendo em sua órbita. Estas medições fornecerão informações sobre a natureza do núcleo interior profundo de Marte, revelando em que profundidade o núcleo de Marte se torna sólido, o que levará a conhecer o quanto de outros minerais, além do ferro, podem estar presentes.

Todas as ferramentas científicas da sonda foram projetadas para ajudar a olharmos para trás no tempo, para quando primeiro se formaram os planetas rochosos do Sistema Solar.

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Figura 4 – Aspecto da Sonda da Missão InSight em solo marciano com destaque ao sismógrafo e o equipamento de perfuração profunda do solo.

Momento crucial

Como em toda missão a outro planeta, o momento do pouso é crítico e tenso para a equipe de Terra.  Todo o processo é automatizado e pré-programado.

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Figura 5 – Aspecto da nave espacial da Missão InSight se aproximando do Planeta Vermelho.

Apesar do sucesso da NASA em missões anteriores, é importante lembrar que Marte está a cerca de 20 minutos-luz da Terra, ou seja, os sinais de rádio levam cerca de 20 minutos para viajar da Terra a Marte e vice-versa, e apesar de toda programação prévia não se sabe as reais condições do planeta no momento exato da aproximação, entrada na atmosfera e até o momento do pouso no solo marciano.

Apesar de todas as probabilidades de falha, a missão foi um sucesso, pousando em Marte, como previsto, no dia 26 de novembro de 2018.

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Figura 6 – Aspecto do pouso da nave da Missão InSight em Marte.

Comunicação permanente com a Terra

A sonda da Missão InSight terá comunicação permanente com a Terra a partir de Marte.

A NASA usará a Deep Space Network (DSN), uma rede internacional de antenas que fornece links de comunicação entre a nave de exploração planetária e suas equipes de missão na terra.

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Figura 7 – Aspecto de um dos complexos da DSN da NASA.

A DSN consiste de três complexos de comunicação do espaço profundo colocados aproximadamente 120 graus separados ao redor do mundo: em Goldstone, no deserto de Mojave na Califórnia; perto de Madrid, Espanha; e perto de Canberra, Austrália. Este posicionamento estratégico permite constante links para nave espacial distante, mesmo considerando a rotação da Terra sobre seu próprio eixo.

A missão de InSight se baseia em nave espacial em órbita de Marte para a coleta de dados e retransmissão da nave espacial para as antenas da rede de espaço profundo na Terra.

A Equipe

A equipe da InSight é composta por cientistas e engenheiros de várias especialidades e é uma colaboração única entre países e organizações ao redor do mundo. A equipe de cientistas inclui investigadores dos Estados Unidos, França, Alemanha, Áustria, Bélgica, Canadá, Polônia, Espanha, Suíça e Reino Unido.

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Figura 8 – Equipe do projeto InSight.

Marte ainda é o objetivo a médio prazo

Em dezembro de 2017, o presidente americano Donald J. Trump deu a NASA uma nova determinação: direcionar os esforços para exploração da Lua a partir de agora e nos próximos 10 anos, mas com o objetivo de adiante irmos a Marte e além. A Missão InSight é parte dessa estratégia que, realmente, parece ser a mais correta. Primeiro uma base permanente na Lua; depois Marte e além.

A pesar de nos próximos anos o foco principal seja a criação de uma base permanente na nossa Lua, o projeto ainda mantém uma missão prevista a Marte em 2020 como um bloco de construção para uma missão de robótica subsequente de ida e volta com o primeiro lançamento histórico para outro planeta e retorno através de um gateway lunar.

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Figura 9 – Ilustração da NASA mostrando as 4 naves que já pousaram com sucesso no Planeta Vermelho: Sojourner, Spirit, Opportunity, e Curiosity. A imagem também mostra a Mars 2020 – prevista para 2020 – e o Homem, num futuro a médio prazo.

Marte será, sem dúvida, o próximo passo. E tem que ser um passo bem dado, com objetivo concreto de chegarmos para ficar. Mas, por enquanto, vamos aprender a viver – e conviver – em outro mundo fora da Terra fazendo a nossa Lua de laboratório.

Créditos das imagens: NASA.

Missão Interestelar

Neste fim de ano estamos prestes a “presenciar” outro grande marco da exploração espacial da humanidade: pela segunda vez um artefato construído pelo homem está prestes a atingir o espaço interestelar – região do espaço fora da área de abrangência de uma estrela (neste caso, o nosso Sol, chamada de Heliosfera).

Trata-se da sonda Voyager 2, lançada em 20 de agosto de 1977, de Cabo Canaveral, Flórida, a bordo de um foguete Titan-Centaur, poucos dias antes do lançamento da Voyager 1, que ocorreu em 5 de setembro.

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Figura 1. Lançamento da Voyager 2, em 1977.

Ambas as sondas tinham, como missão primária, explorar os planetas gigantes gasosos Júpiter e Saturno, fazendo uma sequência de descobertas nesses planetas — tais como vulcões ativos em Júpiter lua Io e complexidades dos anéis de Saturno.

Após cumprir com sucesso o objetivo principal, ainda com combustível e funcionamento pleno de seus equipamentos – em especial os sensores de raios cósmicos – a missão foi estendida, sendo a Voyager 2 enviada aos planetas Urano e Netuno, sendo ainda a única nave a ter visitado aqueles planetas exteriores, enquanto a Voyager 1 foi enviada aos confins do Sistema Solar, rumo ao espaço interestelar.

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Figura 2. Aspecto das sondas Voyager.

Em 2012 os instrumentos da Voyager 1 indicavam que a mesma tinha ultrapassado a área de influência de nosso Sol, tornando-se o primeiro objeto construído pelo homem a atingir o espaço interestelar. A confirmação oficial veio em abril de 2013.

E agora, no final do ano de 2018, os dados da Voyager 2 indicam que chegou a sua vez. A sonda Voyager 2 está no limite do nosso Sistema Solar, numa região conhecida como Heliopausa, tornando-se o segundo objeto a ser construído pelo homem a deixar o nosso Sistema Solar rumo ao espaço profundo.

Pointing up Explicando: Heliopausa é a região do Sistema Solar onde o vento solar é parado pelo meio interestelar, pois a pressão exercida pelo vento solar não é mais intensa o suficiente para repelir o vento interestelar, ou seja, do espaço existente entre as áreas de influência de sistemas estelares. Estima-se que este ponto está a uma distância entre 110 e 160 UA do Sol.

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Figura 3. Posições atuais das sondas Voyager 1, já no espaço interestelar, representado pela região de cor laranja na imagem; e Voyager 2, na região da Heliopausa, representada pela região de cor acinzentada na imagem, deixando a área de abrangência do Sol, representada pela cor azul na imagem.

Isso é, sem dúvida, um grande feito da humanidade, considerando que essas naves partiram da Terra há mais de 40 anos, com tecnologia de mais de 50 anos atrás, e ainda assim continuam a nos enviar dados de regiões do espaço nunca antes atingidas, embora apenas com metade dos instrumentos iniciais de medição – com o passar do tempo, alguns instrumentos deixaram de funcionar, como era previsto. A Voyager 1, mais distante, opera apenas com 4 instrumentos; a Voyager 2 com 5. Ambas as naves partiram com 10 instrumentos variados de medição e análise.

Mesmo com as limitações de alguns instrumentos, ambas as naves ainda continuam suas jornadas épicas em prol da exploração espacial, fornecendo importantes dados para análise dos cientistas de regiões tão longínquas no espaço que seus dados levam cerca de 20 horas-luz para atingir a Terra.

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Figura 4. Medidores de raios cósmicos das sondas Voyager 1 e Voyager 2 em outubro de 2018. O declínio do índice de partículas do Sol e o aumento do índice de partículas oriundas do espaço interestelar indica que a nave saiu da área de abrangência do nosso Sol, atingindo o espaço interestelar.

Uma mensagem para os extraterrestres

Prevendo a saída das naves de nosso sistema planetário em busca do desconhecido, a NASA colocou uma mensagem a bordo em cada uma das Voyager. Trata-se de uma espécie de cápsula do tempo, destinado a contar a história do nosso mundo para possíveis seres extraterrestres. A mensagem está armazenada em discos de 12 polegadas banhados a ouro, contendo sons e imagens selecionadas para retratar a diversidade da vida e da cultura na terra.

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Figuras 5 e 6. Discos afixados nas sondas Voyager contendo um mapa de localização de nosso planeta no Sistema Solar e também sons e imagens da vida na Terra.

 

Pointing up Repare com atenção na Figura 2 acima, o local onde está o disco que contém o mapa do nosso sistema planetário.

O fim da missão

A missão interestelar Voyager tem potencial para a obtenção de dados científicos até cerca do ano 2020, através de seus medidores de partículas interestelares, quando capacidade da nave para gerar energia elétrica adequada para operação do instrumento chegará ao fim, restando apenas os discos dourados presos às naves para transmitir a mensagem da humanidade no espaço profundo, pois mesmo sem energia elétrica para comandar seus instrumentos e nos enviar sinais de rádio, ambas as naves continuarão suas viagens rumo ao desconhecido por milhares e milhares de anos, uma vez que a estrela mais próxima do Sol – a Proxima Centauri – dista 4,3 anos-luz de distância, o que levaria mais de 90 mil anos até que a Voyager 1atingisse o seu domínio.

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Figura 7. Esquema mostrando nosso Sol, o limite do Sistema Solar – onde se encontram as Voyager – e a estrela mais próxima de nós, a Proxima Centauri, distante a 4,3 anos-luz.

Para refletirmos

A imensidão do universo é algo inimaginável para a compreensão humana. Saber que a estrela mais próxima de nós – depois do Sol – está a “apenas” 4,3 anos-luz de distância e mesmo assim nosso instrumento de exploração mais próximo levaria mais de 90 mil anos até chegar lá é algo surpreendente e mostra que estamos apenas no começo da caminhada. Mas começamos. E avançamos muito – não o quanto poderíamos – mas não estamos parados; e isso é o que importa. Vamos a diante, com as próximas missões exploratórias, com naves mais rápidas e com novos recursos tecnológicos oriundos da evolução da inteligência humana. Enquanto isso, boa viagem pelo espaço interestelar às pioneiras Voyager 1 e Voyager 2.

 

Vamos tocar o Sol

Estamos, sem dúvida, vivendo a era de ouro da exploração espacial. Poderosos equipamentos – em terra e no espaço – descobrem novos mundos em outros sistemas estelares num ritmo nunca antes observado. É como se tivéssemos descoberto o caminho das pedras. Mas não são apenas sistemas estelares distantes que atraem a nossa atenção.

A data de 12 de agosto de 2018 ficará marcada na história da exploração espacial, pois nesta data a NASA – Agência Espacial Americana – lançou a primeira missão exploratória da humanidade a uma estrela. A nossa estrela: o Sol.

Não é de hoje que as agências espaciais de todo o planeta estudam a nossa estrela, mas hoje a história é diferente. Estamos enviando a primeira sonda projetada exclusivamente para estudar a atmosfera de nossa estrela, ou seja, estamos enviando a Parker Solar Probe numa missão para tocar o Sol, numa região nunca antes atingida.

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Figura 1. Sonda Parker Solar Probe e sua missão para tocar o Sol.

A histórica missão da Parker Solar Probe revolucionará nossa compreensão do Sol e, consequentemente, das estrelas e dos mundos que as orbitam, na medida em que será o primeiro artefato produzido pelo homem a chegar tão próximo de uma estrela, enfrentando as brutais condições de calor e radiação.

Muita ciência e tecnologia embarcada

É de se imaginar que para a Parker Solar Probe “tocar” o Sol muita tecnologia foi desenvolvida para proteger os instrumentos num ambiente tão hostil.

Os dois principais problemas são o calor e a radiação. Embora na corona solar a temperatura beire os milhões de graus Celsius, a transferência de calor é bem menor que isso – mesmo ainda sendo altíssima para qualquer instrumento científico – devido a baixa densidade de partículas no espaço. Segundo os cientistas da NASA, o calor que atingirá a sonda será da ordem de absurdos 1.400º C.

Por essa razão, a Parker Solar Probe é protegida por um escudo de calor de 2,4 metros de diâmetro e com 115 mm de espessura, construído com placas compostas de carbono e pintado de branco com tinta cerâmica que refletirá a maior parte do calor incidente. Além disso, foram instalados radiadores com fluido resfriador, fazendo com que na parte de trás do escudo – onde ficam protegidos os instrumentos da sonda – a temperatura se mantenha em torno de suportáveis 30º C, viabilizando o funcionamento dos instrumentos científicos.

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Figura 2. Aspecto do escudo de calor da sonda Parker Solar Probe.

Mas nem todos os instrumentos da Parker Solar Probe ficarão escondidos atrás do escudo de calor, afinal uma das tarefas da missão será a coleta de partículas do Sol e esse instrumento coletor será um dos poucos a ficarem expostos ao calor extremo de nossa estrela. Construído com folhas de Titânio, Zircônio, Nióbio e Molibdênio, o instrumento coletor foi projetado para suportar calor de até 2.350º C. Os grids que produzirão o campo elétrico do instrumento são feitos de Tungstênio, resistindo a 3.420º C.

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Figura 3. O instrumento, que coletará partículas do Sol, da Parker Solar Probe suportará calor extremo, acima de 2.000º C.

A energia da sonda será captada por painéis solares, que serão usados quando a sonda estiver nos pontos mais distantes do sol em sua órbita. Perto do Sol os painéis serão recolhidos para se protegerem da alta temperatura atrás do escudo de calor. 

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Figura 4. Aspecto dos instrumentos radiadores de calor da Parker Solar Probe.

Além de todos os recursos utilizados para a proteção contra o calor e radiação, a sonda Parker Solar Probe também se destaca por ser uma nave autônoma.

Equipada com sensores que chegam à metade do tamanho de um aparelho celular, a nave terá autonomia na decisão de manobra, agindo por conta própria a partir do momento que deixar a órbita da Terra, realizando os procedimentos necessários para se manter sempre na posição correta em relação ao Sol, ou seja, mantendo o escudo protetor sempre apontado para o Sol, garantindo o seu funcionamento.

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Figura 5. Aspecto geral da sonda Parker Solar Probe.

A necessidade de autonomia ocorre devido a distância que a nave atingirá quando estiver no Sol – 8 minutos-luz – que inviabilizaria qualquer comando de controle a partir da Terra. O tempo de 8 minutos para receber um sinal de status da nave e mais 8 minutos para enviar um comando de manobra é demais para corrigir um posicionamento errado da nave a partir do centro de controle da NASA aqui na Terra.

A viagem até o Sol

A sonda Parker Solar Probe foi enviada ao espaço a bordo do poderoso foguete Delta IV, um veículo lançador de cargas simples ou múltiplas.

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Figura 6. Foguete Delta IV que levou a Parker Solar Probe rumo ao Sol.

Já no espaço, em sua órbita ao redor do Sol, a Parker Solar Probe usará a gravidade do planeta Vênus durante sete sobrevoos, durante cerca de sete anos (tempo da missão), para levar gradualmente sua órbita cada vez mais próxima do Sol.

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Figura 7. Aspecto da órbita da Parker Solar Probe, que usará a gravidade do planeta Vênus em sobrevoos para cada vez mais se aproximar do Sol.

Em seu ponto mais próximo da superfície, a nave vai voar através da atmosfera do Sol a cerca de 6 milhões de km e com uma velocidade da ordem de 700 mil km por hora, bem dentro da órbita do planeta Mercúrio e mais do que sete vezes mais perto do que qualquer nave espacial chegou antes. Lembrando que a distância média da Terra ao Sol é de 150 milhões de km.

Voando na parte mais externa da atmosfera do Sol, conhecida como Corona, pela primeira vez, a Parker Solar Probe vai empregar uma combinação de medições e de imagens para revolucionar nossa compreensão da Corona e expandir o nosso conhecimento da origem e evolução do vento solar, além de contribuir para nossa capacidade de previsão de alterações no ambiente do espaço da Terra que afetam a vida e a tecnologia em nosso planeta.

A ciência do Sol

Os objetivos primários da missão serão rastrear como a energia e o calor percorrem a corona solar e explorar o  vento solar, bem como as partículas energéticas solares. Os cientistas têm buscado essas respostas por mais de 60 anos, mas a investigação exigia o envio de uma sonda através da região de calor de 1.370º C da Corona.  Hoje, isso é finalmente possível com os avanços da engenharia térmica de ponta que podem proteger a missão na sua jornada perigosa. A sonda Parker Solar Probe carrega quatro suítes de instrumentos destinadas ao estudo de campos magnéticos, plasma e partículas energéticas, além do vento solar.

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Figura 8. Aspecto da Corona Solar, por onde passará a Parker Solar Probe.

Por que estudar o Sol e o vento solar?

  • O Sol é a única estrela que podemos alcançar. Ao estudar o Sol, aprendemos mais sobre estrelas em todo o universo.
  • O Sol é uma fonte de luz e calor para a vida na terra. Quanto mais soubermos sobre isso, mais podemos compreender como se desenvolveu a vida na Terra.
  • O Sol também afeta a Terra em formas menos familiares. É a fonte do vento solar; um fluxo de gases ionizados que passam pela Terra a velocidades de mais de 500 km por segundo.
  • Distúrbios no vento solar sacudem o campo magnético da Terra e sua energia provoca alterações no espaço perto da Terra, conhecido como tempo espacial.
  • Tempo espacial pode mudar as órbitas dos satélites, encurtar suas vidas ou interferir com a eletrônica embarcada. Quanto mais aprendemos sobre o que causa o espaço tempo – e como prever isso – mais podemos proteger os satélites, que tanto dependemos para manter o nosso estilo de vida moderna.
  • O vento solar também preenche grande parte do sistema solar, dominando o ambiente espacial distante. Como pretendemos enviar naves espaciais e astronautas mais longe da Terra, temos que entender este ambiente espacial.

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Figura 9. O Sol, a Corona Solar e o Vento Solar.

Estudar o Sol é fundamental para o futuro da exploração espacial humana em nosso próprio sistema solar e para o desenvolvimento de novas tecnologias que nos farão construir equipamentos e sondas espaciais cada vez mais adequados ao ambiente hostil do espaço.

Sem dúvida, mais um grande passo da humanidade na busca incansável pelo conhecimento espacial que nos dê a confiança para o próximo e importante salto: a viagem humana ao planeta Marte.

Fotos: NASA e Internet.


Você sabia?

Molibdênio é um metal de transição muito utilizado na fabricação de ligas metálicas de alta resistência mecânica e corrosiva.
Zircônio é um metal de transição, tendo como uma de suas propriedades mais importantes o seu ponto de fusão, que é acima de 2500ºC. Por isso, esse metal é aplicado no interior de reatores de fusão nuclear, suportando as elevadíssimas temperaturas.
Nióbio é um metal de transição, comumente utilizado em ligas metálicas com o ferro, o aço, com o zircônio e essas ligas são utilizadas na fabricação de estruturas, soldas, gasodutos, superligas para fabricação de motores a jato em virtude da resistência a corrosão, altas temperaturas, e como supercondutor em meio criogênico.