Em alguns meses veremos um Atlas V sair do chão e seguir a caminho de Marte, levando em sua coifa o rover Perseverance e, junto a ele, o Mars Helicopter. Depois de mais alguns meses de viagem os 2 veículos pousarão na superfície do Planeta Vermelho, dando início a uma nova jornada de exploração e, possivelmente, ao primeiro voo motorizado em outro planeta!

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O primeiro voo não-motorizado em outro planeta

Em 1985 os dois módulos de descida das missões Vega 1 e Vega 2 chegaram em Vênus. Cada um deles carregava um lander e um balão de exploração com diferentes instrumentos de medição.

Os 2 balões foram soltos durante os procedimentos de descida e voaram a uma altitude de cerca de 54 km, transmitindo dados coletados durante um total de quase 50 horas.

Apesar de ser impressionante, a conquista não foi feita através de um voo motorizado partindo da superfície. Esse título ainda permanece na prateleira de futuras conquistas da exploração espacial, e o melhor (e único) candidato para ele é o Mars Helicopter, ou Ingenuity, como agora é chamado.

As dificuldades de voar em Marte

O primeiro problema de fazer um drone convencional voar em Marte é a densidade da atmosfera. A pressão em Marte é equivalente a menos de 1% da atmosfera terrestre, e isso impede praticamente qualquer sistema projetado para o nosso planeta de voar por lá. (Nada de drones da DJI, infelizmente!)

A solução dos engenheiros do Jet Propulsion Laboratory para este problema pode se resumir em: diminuir o peso dos componentes, aumentar ao máximo a velocidade de rotação dos rotores e simplificar o design.

A dinâmica de voo de um helicóptero se trata de basicamente empurrar uma grande quantidade de ar para baixo, gerando força suficiente para contrabalancear o seu peso e permanecer no ar.

Um metro cúbico de ar na Terra ao nível do mar tem uma massa de um pouco mais de 1 kg, em Marte esse número cai para cerca de 15 a 20 gramas. Isso significa que é preciso mover um volume muito maior de ar para conseguir o mesmo empuxo por lá. Por esse motivo, a velocidade de rotação das hélices do Mars Helicopter é de cerca de 2.800 RPM; um helicóptero aqui na Terra não costuma passar de 400 RPM.

Outro desafio imposto pelo Planeta Vermelho é a temperatura. Componentes eletrônicos e baterias são bastante sensíveis a temperaturas baixas, e Marte pode chegar a cerca de -100 ºC durante a noite. Isolamento térmico com cobertores de MLI e aquecedores são usados para garantir que a fuselagem fique ao menos acima de -15 º.

Os componentes do Mars Helicopter

Mars Helicopter durante testes no Jet Propulsion Laboratory

O design do Ingenuity é bastante simples. Se trata basicamente de um mastro central com todos os componentes montados em volta.

Na parte de cima temos o painel solar, que vai garantir toda a energia necessária para o drone realizar sua missão. Logo abaixo temos os 2 rotores contra-rotativos, com hélices de 1,21 metros, feitas de espuma e fibra de carbono e pesando incríveis 35 gramas cada.

Os sistemas de controle dos rotores são idênticos aos sistemas de helicópteros convencionais. A mudança no ângulo de ataque das hélices e a modulação dessa mudança garantem o controle coletivo e cíclico do drone. Se quiser entender melhor como estes sitemas funcionam recomendo a série do Smarter Every Day sobre o assunto e o vídeo do Aero Por Trás da Aviação.

Sistemas de controle do Mars Helicopter
Sistemas de controle do Mars Helicopter

Logo abaixo dos rotores temos o restante da fuselagem, incluindo a caixa com os eletrônicos e baterias e o trem de pouso.

As baterias que alimentam o Ingenuity ficam no centro da fuselagem e são rodeadas pelos componentes eletrônicos que controlam o voo do pequeno drone.

A massa total do Mars Helicopter foi limitada pela capacidade de carga do Perseverance, que vai levá-lo preso ao seu “chassi”. Sua massa, portanto, é de apenas 1,8 kg.

Como serão os voos do Ingenuity ?

Mars Helicopter ou, como é chamado, Ingenuity.

Os voos do Mars Helicopter terão uma duração de aproximadamente 1 minuto e meio e devem ficar apenas a alguns metros de altura. Por conta da distância entre a Terra e Marte, o drone terá que realizar os voos de forma autônoma, contando apenas com a ajuda dos operadores na Terra para traçar um “plano de voo” mais geral.

As câmeras do rover Perseverance serão utilizadas pelas equipes aqui na Terra para as tomadas de decisão anteriores aos voos. Informações sobre o relevo, temperatura e umidade serão essenciais para o sucesso dos testes.

Além disso, o rover também servirá como uma espécie de “base” para o drone. As informações coletadas pelo Ingenuity serão tranmistidas para o rover, que então poderá retransmití-las para a Terra através de antenas muito mais potentes.

O Mars Helicopter é um demonstrador de tecnologia que poderá abrir espaço para missões totalmente inéditas. Se bem-sucedido, talvez vejamos em alguns anos sondas que aplicam a engenharia testada no Ingenuity para a exploração científica, cobrindo distâncias ainda maiores do que os rovers conseguem.

Referências relevantes:

Balaram, B., Canham, T., Duncan, C., Grip, H. F., Johnson, W., Maki, J., Quon, A., Stern, R., & Zhu, D. (2018, January 7). Mars Helicopter Technology Demonstrator. 2018 AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference. 2018 AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference. https://doi.org/10.2514/6.2018-0023

Mars Helicopter to Fly on NASA’s Next Red Planet Rover Mission. (2020). Retrieved 2 May 2020, from https://www.nasa.gov/press-release/mars-helicopter-to-fly-on-nasa-s-next-red-planet-rover-mission

Autor

Aspirante a comunicador científico fascinado por foguetes e exploração espacial. Odeia quando mergulham a bolacha no leite.