Colunista do CBPF discute custo previsto de grandes projetos técnico-científicos

Colunista do portal do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, no Rio de Janeiro (RJ), o físico Alaor Chaves, professor emérito da Universidade Federal de Minas Gerais, questiona sobre a razão pela qual quase todos os grandes projetos técnico-científicos têm custos previstos tão subestimados pelos próprios cientistas e engenheiros.

GRANDES PROJETOS TÉCNICO-CIENTÍFICOS: UM VIRTUOSO JOGO DE FAZ DE CONTA

A notável contribuição da ciência para a vitória dos aliados na Segunda Guerra Mundial levou a grande aumento dos recursos governamentais destinados à pesquisa científica e tecnológica. Para isso, também contribuiu a Guerra Fria, não apenas por ter levado à corrida armamentista entre EUA e URSS, mas também pela percepção de que a disputa econômica entre comunismo e capitalismo seria decidida principalmente pela capacidade dos dois sistemas em gerar tecnologia.

Esse cenário produziu verdadeira enxurrada de programas governamentais com metas específicas e a construção de enormes instalações de pesquisa propostas aos governos por cientistas ‒ várias dessas últimas financiadas por consórcios de países. Este artigo enfatiza um aspecto desses projetos: os cientistas e engenheiros sempre subestimam o custo previsto dos empreendimentos, e os governos fingem que acreditam no modesto (e, por isso, sustentável) orçamento.

Já de início, é preciso reconhecer a impossibilidade de se prever, com qualquer confiabilidade, o custo de um empreendimento como o Projeto Apolo, que levou o homem à Lua, ou de um acelerador de partículas, como o LHC (sigla, em inglês, para Grande Colisor de Hádrons). Com efeito, o empreendimento almejado sempre é algo nunca antes realizado, e, no caminho, terão de ser desenvolvidas inúmeras tecnologias sofisticadas sobre as quais os pesquisadores têm pouco mais do que noções vagamente formuladas. Em tais circunstâncias, os pesquisadores costumam ser excessivamente otimistas sobre o tempo e os recursos necessários para a solução dos problemas.

Antes de se comprometer com o financiamento, os governos ouvem seus consultores da área, que, por serem cientistas, são naturalmente predispostos a confiar nas estimativas pouco justificadas dos colegas interessados no projeto. Mas, no fim, o resultado é compensador, e o jogo continua.

A seguir, alguns grandes projetos.

Projeto Apolo

Em 4 de outubro de 1957, o mundo ficou alarmado com o insistente bipe emitido pelo Sputnik 1, lançado pelos soviéticos, o primeiro satélite artificial da Terra. Em 31 de janeiro do ano seguinte, os norte-americanos lançaram o Explorer 1, seu primeiro satélite. Assim, iniciou-se a corrida espacial, para a qual EUA e URSS estavam se preparando desde 1955.

Em maio de 1961, o presidente norte-americano John Kennedy (1917-1963) anunciou o Projeto Apolo, com vistas a levar o homem à Lua até o final da década de 1960. O custo do projeto foi estimado em US$ 5,4 bilhões, mas acabou custando, até ser interrompido em 1972, US$ 25,4 bilhões (US$ 144 bilhões de 2017).

Estima-se que o Projeto Apolo tenha gerado 1,8 mil tecnologias ( spin-offs) cujo impacto sobre a economia norte-americana foi várias vezes o valor despendido. Como exemplo emblemático desse ganho, o avanço dos circuitos integrados, que acabaram transformando o mundo, foi decisivamente impulsionado pelo projeto.

O principal motivo para que o governo dos EUA o tenha levado adiante não foi econômico, mas, sim, militar ‒ além da afirmação da supremacia norte-americana na área tecnológica. Entretanto, a iniciativa demonstrou o efeito mobilizador das grandes empreitadas tecnológicas: inicia-se um grande projeto cuja realização demanda a solução de vários problemas ‒ alguns dos quais sequer são antevistos. O custo acaba superando em muito as estimativas iniciais. Mas, mesmo assim, o retorno técnico e econômico também supera em muito o efetivamente despendido. Descobriu-se que enfrentar grandes problemas técnico-científicos é uma ação virtuosa!

Esse efeito mobilizador dos grandes projetos perpetua o jogo de faz de conta entre pesquisadores e governos que os financiam. Aqueles mentem, e estes fingem que acreditam.  “Aqui está o dinheiro que pedem para construir seu instrumento faraônico. Sei que pedirão mais, pois o custo será muito maior, mas não importa: a sociedade lucrará muito mais do que o valor despendido”.

SSC: cancelado

Em 1976, iniciaram-se discussões sobre a construção, no estado do Texas (EUA), do SSC (sigla, em inglês, para Super Colisor Supercondutor), acelerador de partículas de dimensões e energia nunca antes sonhadas.

Feixes de prótons e antiprótons seriam acelerados até atingir energia de 20 TeV (20 mil bilhões de elétron-volt) por partícula e, finalmente, colidiriam com energia de 40 TeV. Os tubos evacuados usados para a aceleração das partículas ficariam num túnel circular a mais de 100 metros de profundidade e teriam circunferência de 87 km. O custo do instrumento foi estimado em US$ 4,4 bilhões.

O projeto gerou polêmica no meio científico, e as discordâncias entre eminentes físicos ficaram famosas. De um lado, aqueles atuantes em física de altas energias, como Leon Lederman (1922-2018) e Steven Weinberg, defendiam ardorosamente o projeto, que levaria à observação do bóson de Higgs ‒ partícula responsável pela geração da propriedade massa ‒ e de partículas previstas pela supersimetria ‒ teoria que prevê a existência de inúmeros novos integrantes do mundo subatômico.

A oposição vinha de físicos de matéria condensada, como Philip W. Anderson e Nicolaas Bloembergen (1920-2017), para quem essa área estava sendo subfinanciada e tinha potencial maior de gerar novas tecnologias.

Em outubro de 1993, o projeto foi cancelado pelo Congresso dos EUA, após nele terem sido gastos US$ 2 bilhões. Muito contribuiu para o cancelamento a descoberta de que a estimativa do custo do projeto já se elevara a US$ 12 bilhões.

Grande colisor

Enquanto os físicos norte-americanos discordavam entre si sobre o SSC, membros do CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares) ‒ consórcio de 21 países europeus, além de Israel ‒ defendiam a construção do LHC (figura 1) , planejado para estudar principalmente a colisão de feixes de prótons, mas também capaz de investigar a colisão de íons.

O custo seria bastante reduzido, pois o anel acelerador seria construído no túnel circular de 27 km onde operava o LEP (Grande Colisor de Elétrons e Pósitrons), desativado em 2000. O LHC custaria US$ 2 bilhões. Os estados membros, acertadamente, o aprovaram, o que, finalmente, tirou os EUA da liderança na área de aceleradores de partículas.

A máquina foi construída de 1998 a 2008, mas a primeira colisão de prótons só ocorreu em 2010. Houve duas longas paralisações para upgrade , e, finalmente, o acelerador atingiu a energia de colisão de 13 Tev. Em final do ano passado, foi novamente paralisado para novas melhorias que durarão dois anos. Em 2013, foi obtida a longamente esperada observação do bóson de Higgs.

Figura 1. Atlas, um dos quatro detectores do LHC

(Crédito: CERN/Wikimedia commons)

O CERN (principalmente, o LHC) é usado por dez mil cientistas de cem países que são membros plenos ou associados do consórcio ‒ ou têm status de observador (entre eles, o Brasil). Por enquanto, os resultados obtidos no LHC estão aquém do esperado: nenhuma partícula supersimétrica foi observada; nada foi observado que ajudasse a elucidar a composição da matéria escura, que responde por um quarto da massa do universo; e não houve progresso na compreensão da origem da minúscula massa dos neutrinos.

Apesar dessas frustrações iniciais, o retorno do projeto – ou melhor, do CERN, como um todo – é nada menos do que fantástico. O laboratório produz da ordem de petabytes (milhão de bilhões de bytes) de dados por ano, e seu compartilhamento e sua análise por dez mil pesquisadores é uma grande façanha.

A internet ‒ cujo valor tem de ser computado em trilhões de dólares ‒ foi desenvolvida no CERN. A rede de computadores, usada em cem países para moer esses dados, é disparadamente a maior do mundo. Essa rede e seus usuários muito contribuíram para o tratamento do hoje chamado big data , que tem revolucionado o mundo (em especial, o setor empresarial).

Não é fácil dizer quanto custou o LHC. Para isso, seria necessário levar em conta que parte considerável do trabalho dos pesquisadores do CERN não resultou em dados úteis para a ciência. Estes últimos serviram principalmente para diagnosticar as falhas de operação da máquina ‒ nesse caso, melhor seria classificá-los como gastos de construção.

Fala-se em gastos de US$ 12,5 bilhões, que, de alguma forma, enquadram-se como custo de construção.

Futuro Circular

A comunidade de físicos ligada ao CERN já percebeu que o LHC não será provavelmente capaz de resolver cientificamente o que foi prometido. Com essa constatação, já está trabalhando no projeto de um acelerador do porte do SSC. Seu anel de aceleração teria circunferência de 100 km e traria prótons à energia de 20 TeV, do que resultariam colisões com energia de 40 TeV.

Seu nome provisório é Futuro Colisor Circular. Seu custo ‒ provisório e quase certamente muito subestimado ‒ é de US$ 10 bilhões. Haverá longas discussões, mas espero que, no fim, os estados membros do CERN (possivelmente, com novos adeptos) o aprovem.

Os governos não ignoram que o custo é muito subestimado, mas eles mesmos terão que participar da mentira, para que o projeto não gere protestos da população, a qual, de imediato, seria muito mais beneficiada caso essa despesa fosse com gastos sociais.

Telescópio Hubble

O emprego de telescópios ópticos espaciais foi aventado há quase um século. Sua superioridade sobre os telescópios terrestres vem de dois fatores: são livres das flutuações atmosféricas que corrompem a nitidez das imagens e podem melhor observar as emissões dos astros no ultravioleta e infravermelho, que são fortemente absorvidas pela atmosfera.

Na década de 1970, foi decidida a construção do Telescópio Espacial Hubble (figura 2) ‒ cujo espelho tem 2,4 m de diâmetro ‒, que seria lançado em 1983. Custaria a ninharia de US$ 200 milhões. Foi lançado em 1990, e já suas primeiras imagens mostraram algo muito errado: o diâmetro das imagens de fontes pontuais era dez vezes maior do que o previsto.

Fora essa falha ‒ que degradava a resolução de todas as imagens ‒, tudo parecia funcionar corretamente. Análises detalhadas das imagens levaram ao diagnóstico do fiasco, o que, por sua vez, apontava uma solução viável: o espelho havia sido construído com curvatura incorreta, mas o erro na forma era tão preciso que imagens excelentes poderiam ser obtidas pela inserção de um sistema óptico adicional, também precisamente ‘errado’, mas com efeito oposto ao do espelho primário.

Tudo foi minuciosamente projetado e construído, e uma missão espacial o instalou em 1993. Por meio de quatro outras missões espaciais, o Hubble foi melhorado pela substituição de diversos componentes. Somando tudo, já foram gastos mais de US$ 10 bilhões com o Hubble. Cientificamente, o retorno foi magnífico. A astronomia tem duas histórias: uma anterior e a outra posterior ao Hubble.

Figura 2. Telescópio Espacial Hubble

(Crédito: NASA/Wikimedia commons)

A cosmologia observacional também sofreu uma revolução. A taxa de expansão do universo e, com isso, sua idade foram determinadas com precisão incomparavelmente maior. O Hubble participou decisivamente de um estudo completado em 1998 da distância de galáxias longínquas pela observação (como velas padrão) de supernovas tipo IA, por ter resolução suficiente para separar a luminosidade dessas explosões estelares da radiação de fundo das galáxias hospedeiras.

O estudo demonstrou que a expansão do universo, nos últimos 7 bilhões de anos, tem sido acelerada ‒ e não desacelerada, como era previsto. Descobriu-se, assim, a existência da energia escura, que responde por 75% da massa total do universo e propulsiona a referida aceleração.

Essa é a maior descoberta da cosmologia, desde o astrônomo Edwin Hubble (1889-1953), e resultou na concessão do prêmio Nobel a um físico e dois astrofísicos que empreenderam o estudo.

James Webb

O Hubble permanecerá em operação pelo menos até 2030, mas seu sucessor, JWST (Telescópio Espacial James Webb), está em construção, com lançamento previsto para 2021 (figura 3) . Seu custo previsto de construção foi de US$ 1 bilhão, mas será dez vezes mais do que isso.

Desde sua programação, em 1996, o JWST está sendo construído pela NASA, com participação das agências espaciais canadense e europeia. Sua construção tem se atrasado, e o lançamento foi adiado várias vezes, por causa de aumento dos custos e da consequente falta de orçamento.

O JWST é uma maravilha técnica. Seu espelho primário, com diâmetro de 6,5 m, é grande demais para que seja lançado por um foguete. Por isso, é composto de 18 espelhos hexagonais, e será autoformatado já em órbita, por meio de motores de passo de alta precisão.

Na sua órbita, o telescópio permanecerá próximo ao chamado Ponto L ₂ de Lagrange, situado a cerca de 1,5 milhão de km da Terra. Durante a órbita, nosso planeta permanecerá sempre aproximadamente sobre a reta que liga o Ponto L ₂ ao Sol. Um protetor bloqueará as luzes da Terra e do Sol. Com isso, a temperatura do equipamento permanecerá próxima de 50 K (223 ^o C negativos).

Figura 3. Visão parcial do Telescópio Espacial James Webb

(Fonte: JWST/Wikimedia commons)

O objetivo principal do JWST será investigar a formação das primeiras galáxias e estrelas, situadas em regiões tão longínquas que, por efeito Doppler, a luz oriunda delas se deslocou para o vermelho e infravermelho próximo. Seus detectores cobrirão a faixa espectral que vai de 0,6 mícron a 27 mícrons. A baixa temperatura do telescópio reduzirá sua emissão de infravermelho, que, em parte, chega aos detectores. Já a baixa temperatura dos detectores, reduzirá seu ruído térmico, o que permitirá detectar sinais muito fracos. Em resumo, o JWST será extraordinariamente sensível.

A qualidade dos espelhos é incomparável. As placas são feitas de berílio e construídas de forma que a curvatura a 50 K seja a desejada. Todas já foram refrigeradas a essa temperatura, e testes ópticos confirmaram o acerto da construção. A automontagem no espaço, teoricamente, manterá a precisão da curvatura do espelho composto.

A grande distância do JWST à Terra tornará pouco viáveis missões espaciais de reparos ou upgrades do instrumento. Por isso, estudos e testes muito meticulosos estão sendo feitos para dar segurança de que o aparato funcionará adequadamente após ser automontado. Propulsores serão necessários para manter o aparato sempre próximo do ponto L2, o que requer combustível. Energia também será necessária para manter em funcionamento os instrumentos contidos no sistema. Haverá combustível para operação do telescópio por dez anos, e essa será sua vida útil máxima.

Há grande expectativa sobre o JWST, cujas observações devem trazer enormes avanços em nosso conhecimento do universo. Seu desenvolvimento gerou revoluções na mecânica fina e construção de superfícies com polimento ultrafino, que, espera-se, tragam grande retorno econômico.

Estação Espacial

Estações espaciais são objetos orbitais montados por partes lançadas separadamente, nas quais outras naves podem ancorar. Várias delas foram construídas em órbitas baixas na Terra, mas já foram desativadas. Uma permanece em órbita e lá permanecerá por longo tempo: a Estação Espacial Internacional (EEI).

Financiada principalmente pela NASA ‒ com comparticipação relevante da Rússia, do Canadá, Japão e da Agência Espacial Europeia, que tem 13 países membros ‒, essa estação foi construída de 1998 a 2011, e seu custo foi de US$ 150 bilhões!

Ela é grande o suficiente para ser vista a olho nu da Terra e pode hospedar seis astronautas pesquisadores. É o aparato mais caro jamais construído. A missão da EEI é fazer experiências diversas sob microgravidade (em seres vivos ou inanimados) e conhecer as mudanças no corpo humano quando submetidos por períodos longos a essa condição. Nesse aspecto, a estação serve como preparação para futuras viagens de humanos a locais mais longínquos da Terra.

A laor Chaves

Professor emérito

Universidade Federal de Minas Gerais