O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA anunciou recentemente que está desenvolvendo um pequeno helicóptero drone para explorar o caminho para futuros rovers em Marte. Por que os rovers de Marte precisariam de um guia tão robótico? A resposta é que dirigir em Marte é realmente difícil.
Aqui na Terra, os robôs que exploram jantes vulcânicas ou ajudam socorristas podem ser controlados por controle remoto, com um joystick. Isso ocorre porque os sinais de rádio chegam ao robô do seu centro de controle quase que instantaneamente. Dirigir na lua não é muito mais difícil. Os sinais de rádio que viajam na velocidade da luz levam cerca de dois segundos e meio para fazer a viagem de ida e volta à lua e voltar. Esse atraso não é suficiente para interferir seriamente na condução do controle remoto. Nos anos 70, os controladores soviéticos dirigiram os veículos lunares lunokhod dessa maneira, explorando com sucesso mais de 40 km de terreno lunar.
Dirigir em Marte é muito mais difícil, porque é muito mais distante. Dependendo da sua posição em relação à Terra, os sinais podem levar entre 8 e 42 minutos para a viagem de ida e volta. As instruções pré-programadas devem ser enviadas ao rover, que ele executa por conta própria. Cada unidade marciana leva horas de planejamento cuidadoso. As imagens estéreo tiradas pelas câmeras de navegação do veículo espacial são cuidadosamente examinadas pelos engenheiros. Imagens de naves espaciais que orbitam Marte às vezes fornecem informações adicionais.
Um veículo móvel pode ser programado para simplesmente executar uma lista de comandos de direção enviados da Terra, ou pode usar imagens tiradas por suas câmeras de navegação e processadas por seus computadores de bordo para medir a velocidade e detectar obstáculos ou perigos por si só. Ele pode até traçar seu próprio caminho seguro para um objetivo especificado. Unidades baseadas em instruções do solo são as mais rápidas.
O Mars Exploration Rovers Spirit e Opportunity podem dirigir até 124 metros em uma hora dessa maneira. Isso corresponde ao tamanho de um campo de futebol americano. Mas esse modo também era o menos seguro.
Quando o rover se guia ativamente com suas câmeras, o progresso é mais seguro, mas muito mais lento, devido a todo o processamento de imagem necessário. Pode progredir em até 10 metros por hora, que é a distância da linha do gol até a linha de 10 jardas em um campo de futebol americano. Esse método deve ser usado sempre que o veículo espacial não tiver uma visão clara da rota à frente, o que geralmente ocorre devido a terrenos acidentados e montanhosos.
No início de 2015, a Curiosidade mais longínqua em um único dia é de 144 metros. O percurso diário mais longo da Opportunity era 224 metros, a uma distância do comprimento de dois campos de futebol americano.
Se os controladores de solo pudessem ter uma melhor visão do caminho a seguir, poderiam elaborar instruções que permitissem que um futuro veículo espacial dirigisse com segurança muito mais longe em um dia.
É aí que surge a idéia de um helicóptero drone. O helicóptero pode voar à frente do veículo espacial todos os dias. Imagens feitas a partir de seu ponto de vista aéreo seriam inestimáveis para os controladores de solo, para identificar pontos de interesse científico e planejar rotas de direção para chegar lá.
Pilotar um helicóptero em Marte apresenta desafios especiais. Uma vantagem é que a gravidade marciana é apenas 38% mais forte que a da Terra, para que o helicóptero não precise gerar tanta sustentação quanto uma da mesma massa na Terra. As pás da hélice de um helicóptero geram elevação empurrando o ar para baixo. Isso é mais difícil de fazer em Marte do que na Terra, porque a atmosfera marciana é cem vezes mais fina. Para deslocar ar suficiente, as pás da hélice precisariam girar muito rapidamente ou serem muito grandes.
O helicóptero deve ser capaz de voar por conta própria, usando instruções anteriores, mantendo um vôo estável ao longo de uma rota pré-especificada. Ele deve pousar e decolar repetidamente em terreno rochoso de Marte. Finalmente, deve ser capaz de sobreviver às duras condições de Marte, onde a temperatura cai a 100 graus Fahrenheit ou menos a cada noite.
Os engenheiros da JPL projetaram um helicóptero com uma massa de 1 kg; uma pequena fração da massa de 900 kg do veículo espacial Curiosity. Suas pás da hélice medem 1,1 metros de ponta a ponta e são capazes de girar a 3400 rotações por minuto. O corpo é do tamanho de uma caixa de lenços de papel.
O helicóptero é movido a energia solar, com um disco de células solares reunindo energia suficiente todos os dias para alimentar um vôo de dois a três minutos e aquecer o veículo à noite. Ele pode voar cerca de meio quilômetro nesse tempo, coletando imagens para transmissão ao controle de solo. Os engenheiros esperam que o reconhecimento que o helicóptero colecionador de drones seja inestimável no planejamento das unidades de um veículo espacial, triplicando a distância que pode ser percorrida em um dia.
Referências e leituras adicionais:
Agradecemos a Mark Maimone, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, por informações sobre as distâncias diárias de condução de Curiosity e Opportunity.
J.J. Biesiadecki, P. C. Leger e M.W. Maimone (2007), 'trocas entre direção dirigida e autônoma nos veículos exploradores de Marte', The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, o rover Opportunity Mars percorre 41 quilômetros em direção a 'Marathon Valley', Space Magazine, dezembro de 2014.
T. Reyes, Uma jornada incrível, o rover Mars Curiosity chega à base do Monte Sharp. Revista Space, setembro de 2014.
O helicóptero pode ser um "olheiro" para os rovers de Marte. Laboratório de Propulsão a Jato da NASA Comunicado de imprensa. 22 de janeiro de 2015.
Engenharia louca: o helicóptero de Marte. Vídeo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.
Curiosity- Mars Science Laboratory, NASA.
Mars - Planos futuros de rover. NASA
