Quando se trata de exploração “no solo” de Marte, os rovers são excelentes batedores avançados. Do Pathfinder ao Perseverance, vimos como esses robôs semi-autônomos fazem o que os exploradores humanos querem fazer no futuro. Agora, os engenheiros estão estudando maneiras de expandir a exploração do rover em Marte. Eles estão pensando em uma coisa: constelações de satélites de comunicação para navegação na superfície de Marte.
A geração atual de rovers de Marte pousou em locais de fácil acesso. Outras regiões marcianas, como os pólos, ou Valles Marineris, permanecem praticamente intocadas. Isso ocorre em parte porque eles são difíceis de alcançar e suas condições climáticas apresentam desafios. Os pólos contêm muitas pistas sobre o sistema climático marciano. Embora uma calota seja conhecida principalmente por gelo de água, ambas as calotas podem conter (ou estar escondendo) água adicional em lagos subterrâneos ou congeladas sob as calotas. Esta é uma mercadoria que qualquer futuro explorador de Marte precisará explorar para sobrevivência e outras operações. Todas essas razões tornam as regiões polares um alvo principal para futuros rovers.
Hoje, orbitadores em torno de Marte fazem o trabalho pesado de comunicações entre a Terra e o planeta vermelho. Mas a exploração futura requer sistemas de comunicação mais flexíveis, principalmente se formos estudar as regiões polares. Então, imagine este cenário: a NASA ou outra agência quer enviar uma frota de rovers para as calotas polares de Marte. A distância complica as comunicações do solo para os rovers em todos os seus movimentos. Tempos de viagem de luz de muitos minutos podem dificultar a navegação em situações de “tempo real”. A solução é implantar constelações de satélites que possam “ver” as regiões polares e ajudar os rovers a navegar com mais precisão.
Pequenos satélites para o resgate
Uma equipe de engenheiros liderada pelo Ph.D. A estudante Serena Molli, do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade Sapienza de Roma, fez um estudo conceitual de pequenas constelações de satélites (smallsat) em Marte. Seu objetivo é projetar um que seja quase completamente autônomo e possa lidar com o posicionamento relativo e absoluto de seus nós ao redor do planeta. A constelação deve oferecer suporte à navegação para outras sondas, como objetos na fase de entrada, descida e aterrissagem (EDL), bem como aterrissadores, rovers ou orbitadores. Os nós se comunicariam entre si por meio de um link intersatélite (ISL) e com os rovers e outras instalações na superfície.
Em um próximo artigo na Acta Astronautica, Molli e a equipe esboçam modelos para duas dessas constelações. Eles se concentram em sistemas que não precisam de atualizações constantes da Terra. Cada um usa cinco satélites para se comunicar uns com os outros e com a superfície. Dependendo de sua configuração orbital, eles poderiam dar uma cobertura quase constante das regiões polares.
“Alcançamos um excelente desempenho com este sistema de navegação autônomo sem a necessidade de programação de IA”, explicou Molli. “O software de bordo conta com teoria e algoritmos de determinação de órbita dedicados, adaptados para enfrentar o desafio do novo sistema de navegação autônoma. No entanto, o software de determinação de órbita a bordo pode se beneficiar de atualizações. O sistema permite isso. computador de bordo e contatos periódicos com a Terra, tanto para verificações de integridade do sistema, melhor determinação da órbita e, se necessário, atualizações de software.”
Navegando em Marte
Os sistemas de navegação propostos pela equipe são baseados em pequenos satélites atualmente em projeto pelo grupo italiano de engenharia aeroespacial Argotec. Eles estão trabalhando em um sistema proposto de “internet da lua” baseado em microssatélite chamado ANDROMEDA. Os sistemas propostos pela equipe de Molli têm a tecnologia ISL necessária que promove a comunicação entre nós de satélite. Isso foi usado anteriormente para geodésia terrestre e planetária, principalmente com as missões GRACE e GRAIL.
Aplicá-lo a Marte requer muitos dados sobre o planeta para que o sistema funcione com eficiência. “Em nosso trabalho, exploramos o conhecimento prévio do campo gravitacional marciano de missões como MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) e MGS (Mars Global Surveyor)”, disse Molli. “Isso permite que a espaçonave da constelação determine sua posição de forma autônoma ou com uma ligação esporádica com a Terra, dependendo da altitude das órbitas e, consequentemente, dos efeitos dos gradientes de gravidade na dinâmica da espaçonave”.
Pequenos satélites em outros mundos
A equipe aponta que essas constelações de smallsat vêm com baixo custo de desenvolvimento e lançamento e tempos de desenvolvimento curtos. Eles também oferecem flexibilidade na implementação da missão. Isso porque vários sistemas podem ser lançados simultaneamente com lançamentos dedicados ou como cargas secundárias de missões maiores. Se tudo isso der certo em Marte, é possível que sistemas de satélites semelhantes possam ser usados em outros mundos do sistema solar. No entanto, eles vêm com grandes incógnitas.
“Existem vários desafios para implantar este sistema de navegação em outros planetas e luas”, disse Molli. “As condições ambientais são bem diferentes: campos de radiação, ambiente térmico diferente etc. Portanto, o hardware deve ser adaptado para lidar com o ambiente lunar. Além disso, o conhecimento do campo gravitacional e do estado rotacional desses corpos pode não ser conhecidos nos níveis necessários para realizar um posicionamento preciso.”
O primeiro teste de tal sistema começará em Marte, enquanto as equipes de espaçonaves planejam missões polares. Portanto, o desenvolvimento de pequenas constelações de satélites é crucial. Eles não apenas ajudarão na exploração de Marte, mas também poderão abrir caminho para constelações semelhantes em mundos além do planeta vermelho.
Publicado em 04/12/2022 20h58
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