Se for bem-sucedida, missões futuras poderão sobrevoar paisagens alienígenas – em vez de rastejá-las como insetos.
Em apenas seis meses, se tudo der certo, o rover Perseverance da NASA pousará na superfície de Marte – onde, escondido em seu ventre, haverá uma carga útil que poderá mudar a exploração espacial para sempre.
Como algo saído de um filme de James Bond, um braço de mola lançará um helicóptero de quatro libras, chamado Ingenuity, de um compartimento sob o escudo de detritos do veículo espacial. À medida que desce, o helicóptero – ou “aeronave de rotor” – implantará duas de suas pernas de pouso com mola e disparará uma carga de pirotecnia para liberar mais duas.
A partir desse momento, o Ingenuity estará por si só, vinculado ao Perseverance através de apenas um link de comunicação sem fio. E se o minúsculo rotorcraft conseguir voar, dizem seus criadores, será um momento decisivo na história da exploração planetária.
Não apenas seria a primeira vez que a humanidade voaria em uma aeronave além da Terra, mas também poderia ser o prenúncio de futuras missões que poderiam sobrevoar paisagens alienígenas em vez de rastejá-las como insetos.
A partir desse momento, o Ingenuity estará por si só, vinculado ao Perseverance através de apenas um link de comunicação sem fio. E se o minúsculo rotorcraft conseguir voar, dizem seus criadores, será um momento decisivo na história da exploração planetária.
Não apenas seria a primeira vez que a humanidade voaria em uma aeronave além da Terra, mas também poderia ser o prenúncio de futuras missões que poderiam sobrevoar paisagens alienígenas em vez de rastejá-las como insetos.
“O helicóptero realmente oferece muita mobilidade para ir a lugares – valas, desfiladeiros e até [potencialmente] montanhas onde você realmente não podia andar com o veículo espacial”, disse Josh Ravich, engenheiro mecânico da Jet Propulsion da NASA Laboratório (JPL) que trabalhou no Ingenuity, em entrevista ao Futurism.
Esse hype se estende pela ampla rede de advogados, ex-alunos e contratados da NASA. Mike Hirschberg, diretor executivo da Vertical Flight Society, organização sem fins lucrativos, diz que um grupo de entusiastas do setor aeroespacial agita há décadas experiências de voo fora do mundo.
“Eu sempre pensei que Marte seria explorado por aviões”, disse Hirschberg, que já havia trabalhado para a NASA e a DARPA. “Foi uma surpresa agradável saber que [a NASA] havia pegado o helicóptero”.
Ao mesmo tempo, a missão apresenta desafios surpreendentes. A atmosfera de Marte é apenas cerca de um por cento da densidade da Terra, e sua gravidade também é acentuadamente menor – diferenças que tornaram um verdadeiro teste de maçãs para maçãs das condições que a aeronave de rotor enfrentará em Marte de forma impossível.
Em outras palavras, Ravich e seus colaboradores esperam que o Ingenuity voe, mas também sabem que isso pode falhar. O Perseverance ainda é a prioridade número um.
“Acho que fizemos muito e estamos bastante confiantes, mas esta é uma missão de demonstração tecnológica”, disse Ravich. “Então, finalmente, aceitamos um risco um pouco maior”.
O projeto – Ravich chama de “missão de vida única” – é o resultado de décadas de pesquisas e contratempos.
Sua linhagem remonta pelo menos até 1999, quando uma equipe de estudantes de engenharia aeroespacial da Universidade de Maryland ganhou um prêmio por seu Veículo de Asa Rotativa Autônoma Marciana (MARV) – um projeto que mostra semelhanças impressionantes com o helicóptero Ingenuity agora dirigido a Marte, com rotores coaxiais de duas pás levantando uma fuselagem quadrada.
Hirschberg também apontou incursões feitas em 2002, quando a Aurora Flight Sciences voou com o MarsFlyer, um planador projetado para tirar fotos da superfície marciana, a 100.000 pés de altura da costa do Oregon, lançando-a de um balão de alta altitude. Passou 90 minutos seguindo uma rota de voo pré-programada, aterrissando sem nenhum dano no mesmo aeroporto a partir do qual foi lançado.
Apesar de suas proezas voadoras, os planadores só têm uma única chance de sobrevoar a paisagem marciana. Os aviões poderiam decolar e pousar mais de uma vez – mas, em última análise, a falta de infraestrutura de Marte também condenou esse conceito.
“Não há pistas em Marte”, disse Hirschberg com uma risada. “A decolagem vertical é praticamente a sua única opção.”
Em 2014, os engenheiros da JPL começaram com uma prova de conceito de 15 cm de altura, projetada para provar que era possível realmente decolar na atmosfera marciana.
Mas quando eles tentaram voar dentro de uma câmara projetada para simular as condições adversas de Marte com uma atmosfera fina e uma corda para simular grosseiramente a baixa gravidade do planeta, as coisas não foram como planejadas.
“Esse modelo era capaz de ser acionado por um operador, e a história diz que o operador, um piloto de drones bastante experiente, tentou controlar o modelo em uma direção e foi na outra”, lembrou Ravich.
Assim como o produto final, os primeiros protótipos exibiam dois conjuntos de lâminas contra-rotativas, empilhadas umas sobre as outras. A carga foi colocada em uma fuselagem simulada e quadrada abaixo.
É um design muito diferente dos drones quadcopter que estamos acostumados aqui na Terra – mas isso se deve principalmente às restrições de tamanho a bordo do Perseverance, de acordo com Ravich.
Os engenheiros logo perceberam que a vibração das lâminas super-rápidas necessárias para gerar sustentação na fina atmosfera de Marte, que gira quase à velocidade do som, estava tornando o voo convencional quase impossível.
Vídeos posteriores de 2014, apresentados em uma reportagem do New York Times, mostraram um modelo de engenharia sem rumo. Os engenheiros conseguiram sustentação, mas não conseguiram obter nenhum senso de controle sobre o veículo.
Adicionando massa e reforçando as pás, os engenheiros conseguiram controlá-la durante os testes de vôo em maio de 2016, mas apenas programando um computador para pilotá-lo de forma autônoma – o que era uma necessidade, de qualquer maneira, devido às cerca de 300 milhões de milhas entre o operador e engenhosidade.
Em seguida, eles tiveram que tornar a aeronave robusta o suficiente para sobreviver nas oscilações extremas de temperatura de Marte. A equipe testou uma unidade de teste ambiental, simulando as temperaturas congelantes de Marte à noite, que caem a uma temperatura de -284 graus Fahrenheit – o suficiente para causar estragos nos eletrônicos.
“Na verdade, a maior parte da energia do helicóptero fica aquecida durante a noite”, disse Ravich. “Como está muito frio lá e para manter a massa baixa, não temos uma parca no veículo”.
Essas variações de temperatura, além de padrões climáticos imprevisíveis, tornam a escolha de um bom momento para voar em Marte uma tarefa difícil por si só. Quando o Ingenuity estiver pronto para voar na próxima primavera, a equipe do JPL terá que encontrar um ponto de equilíbrio “entre quando o vento começa a aumentar e quanto tempo você teve que carregar do Sol”, de acordo com Ravich.
Mas assim que a equipe da Ingenuity esclarecer tudo, está planejando pilotar o pequeno helicóptero até cinco vezes em apenas 30 dias. A primeira tentativa de vôo levará apenas alguns metros por até 30 segundos. O quinto e último vôo – se os vôos anteriores forem considerados um sucesso – o levará a 15 pés no ar e o afastará a 500 pés de sua posição inicial e voltará a pousar.
A engenhosidade é apenas o começo. Se for bem-sucedido, o próximo passo pode ser ampliar a próxima aeronave de rotor rumo a Marte com mais massa, baterias maiores e painéis solares mais poderosos. As principais atualizações podem permitir que futuras aeronaves cubram distâncias muito maiores, explorando ainda mais a superfície marciana abaixo.
Por enquanto, qualquer missão desse tipo é especulativa. Mas a inércia da visão da equipe da Ingenuity para a missão interplanetária de aeronaves rotativas já está avançando. Em 2026, a NASA planeja enviar um folheto de aparência única chamado Dragonfly para a superfície de Titã – a maior lua de Saturno – para procurar sinais de vida.
O Dragonfly possui quatro conjuntos de dois rotores duplos, como dois quadcopters empilhados um sobre o outro. Como o Ingenuity, ele foi projetado para decolagem e pouso verticais – mas seus voos planejados são muito mais ambiciosos.
A equipe do Dragonfly planeja pilotar o drone do tamanho de uma máquina de lavar roupa várias vezes, cobrindo uma distância de até oito quilômetros por vez. Ele também fará uma amostragem das áreas circundantes e procurará evidências de água líquida passada.
De certa forma, os desafios que os dois ofícios enfrentarão não poderiam ser mais diferentes. O engenho precisa lutar contra uma atmosfera extremamente fina, enquanto o Dragonfly precisa se arrastar através de uma sopa grossa de nitrogênio – a atmosfera de Titã é quatro vezes mais densa que a da Terra, com o dobro da pressão atmosférica. Apesar da atmosfera densa, a gravidade da superfície é apenas aproximadamente um sétimo da Terra, semelhante à da Lua. Em outras palavras, seus algoritmos de vôo serão criados por simulações e câmaras de teste – assim como o Ingenuity.
Por décadas, a NASA foi pioneira em explorar os mundos do nosso sistema solar, desde astronautas da Apollo que explodem na superfície da Lua em veículos lunares, até sondas que percorrem os planetas exteriores e pousam na exploração das características geográficas do deserto de Marte.
Mas o vôo em Marte pode mudar tudo isso para sempre. Seu tamanho pode ser modesto, mas os primeiros pequenos saltos da Ingenuity podem preparar o cenário para algo muito maior.
Publicado em 07/08/2020 07h39
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