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O helicóptero Ingenuity Mars nunca deveria durar tanto. Os engenheiros da NASA construíram e testaram a primeira aeronave com alimentação própria a voar em outro planeta para responder a uma pergunta simples: o helicóptero poderia voar? O objetivo era fazer cinco voos em 30 dias marcianos ou quebrar a aeronave tentando.
Porém, mais de 120 dias marcianos após a janela de experimentos, o Ingenuity ainda está voando e fazendo coisas que ninguém esperava. O helicóptero, que fez seu primeiro vôo em 19 de abril, está quebrando seus próprios recordes de distância e velocidade. Está ajudando o rover Perseverance a explorar a cratera de Jezero, perto de um antigo delta de rio que pode conter sinais da vida passada em Marte. E o Ingenuity está lidando com a mudança das estações e navegando em terrenos acidentados, duas coisas para as quais o piloto não foi projetado.
“Ele entrou em um bom ritmo”, diz o engenheiro-chefe original da Ingenuity Bob Balaram, do Jet Propulsion Lab da NASA em Pasadena, Califórnia. “Está em seu elemento e se divertindo”.
Aqui está o que o Ingenuity tem feito em Marte:
Testando os limites
A Ingenuity está voando mais longe, mais rápido e mais alto do que nos primeiros voos. O helicóptero se ergueu a um máximo de 12 metros acima da superfície marciana, disparou a até cinco metros por segundo (cerca de metade da velocidade da velocista recorde Florence Griffith-Joyner) e cobriu 625 metros (cerca de um terço do comprimento de o Kentucky Derby) em um único voo. Esses extremos fornecem aos engenheiros informações valiosas sobre os limites de voar em Marte.
“Ainda estamos tentando aprender lições”, diz o engenheiro de robótica do JPL, Teddy Tzanetos, líder da equipe da missão Ingenuity. “Voo após voo, estamos aprendendo os limites do desempenho.”
No início, o Ingenuity testou seus limites de uma forma que a equipe de vôo realmente não planejou. Durante seu sexto vôo em 22 de maio, o sistema de navegação do helicóptero sofreu uma falha que o fez rolar e balançar de forma alarmante.
O software de navegação do helicóptero rastreia a posição da nave tirando uma imagem, lendo a marcação de tempo nessa imagem e prevendo o que a câmera deve ver a seguir com base em pontos de referência de fotos anteriores que o Ingenuity tirou. Se a próxima imagem não corresponder a essa previsão, o software corrige a posição e a velocidade do helicóptero para corresponder melhor.
Menos de um minuto após o início do voo de 22 de maio, uma única imagem se perdeu no caminho das câmeras do Ingenuity para o computador de bordo. Isso significava que as marcas de tempo em todas as imagens subsequentes estavam um pouco erradas. Na tentativa de corrigir o que percebeu como erros, o Ingenuity “entrou em uma jornada desenfreada”, diz Balaram.
Felizmente, o helicóptero pousou com segurança a cinco metros do local de pouso pretendido. A anomalia foi uma bênção disfarçada, diz Balaram. Colocou o helicóptero em extremos de movimento – “quão agressivamente você pode mover o joystick, se quiser” – que os engenheiros não teriam pedido que fizesse de propósito, e foi perfeitamente bem, diz ele.
“É uma coisa fortuita termos essa experiência de voo sob nosso controle”, disse Balaram. “Temos muito mais confiança no veículo.”
Fazendo ciência
Originalmente, a equipe do helicóptero queria empurrar o veículo até que quebrasse. Mas agora os pesquisadores estão voando com mais cautela e menos frequência. Isso porque o helicóptero está atualmente apoiando o rover Perseverance fazendo ciência.
“Não estamos mais no Mês da Ingenuity”, diz Tzanetos. “Somos uma pequena parte de uma equipe muito maior.”
O helicóptero já provou seu valor dizendo ao veículo espacial para onde não ir. O nono vôo da Ingenuity, em 5 de julho, levou o helicóptero sobre um campo de dunas chamado South Séítah, que teria sido difícil para o rover atravessar com segurança. Em seguida, o Ingenuity fotografou alguns afloramentos rochosos e cumes elevados no sul de Séítah que pareciam interessantes em imagens tiradas de uma espaçonave em órbita. Os cientistas pensaram que essas cristas poderiam registrar alguns dos ambientes de água mais profundos do lago que enchia a cratera há muito tempo.
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Em imagens 3-D do helicóptero, descobriu-se que essas cristas não mostravam as camadas que indicariam que as rochas se formaram em águas profundas. A equipe do rover decidiu seguir em frente, poupando ao Perseverance uma viagem longa, árdua e potencialmente perigosa.
“Eles não precisavam enviar o rover até esse alvo específico e, então, perceber, ei, isso pode não ser a prioridade mais alta”, disse Balaram.
O reconhecimento do rover também levou a Ingenuity a terrenos que o helicóptero não foi projetado para entender. O software de navegação do Ingenuity foi programado para assumir que o solo abaixo dele é sempre plano porque esse foi o tipo de terreno selecionado para aquele primeiro mês experimental de demonstrações de vôo.
“Foi uma simplificação perfeitamente razoável para uma demonstração de tecnologia”, diz Balaram. “Mas foi incorporado. E agora você está preso a um sistema com uma suposição de terreno plano.”
Quando o helicóptero está voando sobre uma superfície inclinada, alguns recursos parecem se mover mais rápido em sua visão do que se o solo fosse plano, dando ao helicóptero uma falsa sensação de seu movimento. “A navegação a bordo não tem como explicar, exceto pensando que talvez eu esteja girando ou girando um pouco”, diz Balaram. O helicóptero acaba virando para o lado.
A equipe veio com algumas soluções, como escolher zonas de pouso grandes o suficiente para que um pouso de precisão não seja necessário e diminuir a velocidade ao voar sobre terrenos acidentados.
Lidando com as estações
O ar em Marte é notoriamente rarefeito. Mas, desde meados de setembro, a atmosfera na cratera de Jezero está ficando ainda mais tênue. À medida que essa parte de Marte muda da primavera para o verão, a densidade do ar passou de cerca de 1,5 por cento da da Terra ao nível do mar para cerca de 1 por cento.
Isso não parece uma grande diferença, mas é o suficiente para que o Ingenuity tenha que girar as pás do rotor mais rápido para permanecer no ar. Em outubro, o helicóptero aumentou a velocidade do rotor para 2.700 rotações por minuto, em comparação com o máximo anterior de 2.537 rpm.
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Nessa velocidade de giro mais rápida, o helicóptero pode voar por apenas 130 segundos por vez, em vez dos 170 segundos que fazia antes, sem correr o risco de superaquecimento dos motores.
Isso seria ótimo se o helicóptero fosse ficar em volta do rover em uma área, diz Tzanetos. Mas a próxima tarefa da dupla de Marte é uma corrida até o delta do rio há muito seco na boca da cratera de Jezero. A equipe Perseverance espera cobrir centenas de metros a cada dia marciano. O mais longe que o Ingenuity percorreu em um dia é de 625 metros, e isso com a velocidade de rotação mais baixa.
“Será um desafio acompanhar”, diz Tzanetos.
Não há nenhuma razão técnica para que a Ingenuity não consiga, no entanto, Balaram diz. “É certamente possível que um dia simplesmente não acorde. Ou um pouso será um fracasso e nunca mais ouviremos falar dele porque ele tombou “, admite ele. “Essas são jogadas de dados, não há nada de inevitável sobre elas. Exceto isso, deve continuar funcionando por muitos meses. ”
Inspirando futuros aviadores
Enquanto isso, os engenheiros já sonham com a próxima aeronave marciana.
“A Ingenuity é muito empolgante, estamos desbravando muito terreno”, diz Tzanetos. “O objetivo disso é ser esse fundamento. O importante é o que vem a seguir. ”
Os projetos atuais incluem uma versão ampliada do Ingenuity, que poderia carregar mais equipamentos e trabalhar sozinho ou com um rover, e um grande hexacóptero, com seis rotores dispostos em torno de um anel central. Uma nave como aquela poderia cobrir mais terreno mais rapidamente do que um rover, viajando distâncias que poderiam levar vários anos ao Perseverance em apenas alguns meses.
Um white paper submetido à pesquisa decadal de astrobiologia e ciência planetária de 2023 – 2032 – uma revisão de uma década das metas e prioridades dos campos – sugere várias missões possíveis para um helicóptero da Mars Science. Em um deles, a nave poderia coletar amostras de minerais de argila em um local como Mawrth Vallis, um canal que se acredita ter sido escavado por uma enchente no passado.
JPL-CALTECH / NASA, UNIV. DO ARIZONA
Mawrth foi finalista dos dois últimos locais de pouso do rover de Marte e é candidato ao rover Rosalind Franklin da Agência Espacial Européia, com lançamento previsto para 2022. Argilas podem preservar material orgânico na Terra, de modo que uma missão a Mawrth poderia procurar por sinais de vida.
Um helicóptero também pode explorar crateras com depósitos de gelo de água com declives muito íngremes para as rodas do rover. E ao fazer medições em várias altitudes diferentes, o helicóptero poderia ajudar a descobrir como a atmosfera troca gases com o solo, o que poderia ajudar a resolver o mistério de quando e como Marte perdeu sua água líquida. Ou um helicóptero poderia mapear o campo magnético de grandes áreas da superfície marciana, revelando quando e como o Planeta Vermelho perdeu seu núcleo derretido.
E sempre que os astronautas visitam Marte, “pode ser útil ter frotas de drones voando pelos céus, carregando cargas ou patrulhando”, diz Tzanetos. “Esse é o futuro empolgante pelo qual estou ansioso.”
Publicado em 13/12/2021 09h56
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