Como este pequeno helicóptero fará história em Marte

Estamos mais do que entusiasmados com o lançamento da sonda Perseverance para Marte, mas o novo explorador da NASA não estará sozinho em sua jornada. Acolhido debaixo de sua barriga está um pequeno helicóptero chamado Ingenuity, que esperamos que seja a primeira aeronave a voar em um mundo alienígena.

Perseverance e Ingenuity estão programados para lançamento nesta quinta-feira, 30 de julho às 8h50 (horário de Brasília). O rover e o helicóptero devem pousar na cratera Jezero em fevereiro de 2021, com a implantação de Ingenuity ocorrendo alguns meses depois disso. Se tudo der certo, será a primeira aeronave feita pelo homem a tentar um vôo controlado em outro planeta.

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Este pequeno veículo é o que a NASA chama de um demonstrador de tecnologia. A agência espacial quer colocar este conceito à prova e utilizar a experiência para desenvolver projetos mais ambiciosos. As demonstrações tecnológicas anteriores incluem o rover Mars Pathfinder de 1997 e os nanos satélites Mars Cube One de 2018 – as menores máquinas que passaram por um planeta.

Conceito artístico do helicóptero Ingenuity em vôo em Marte. Gif: NASA/JPL

Ao escreverem em um esboço apresentado na Conferência de Mecânica de Vôo Atmosférica do AIAA de 2018, os engenheiros do projeto descreveram versões resumidas do conceito de aeronave de asa rotativa:

Eles poderiam acessar e aterrissar em alvos designados de forma controlada e poderiam ser usados para carregar ou recuperar pequenas cargas úteis. Os helicópteros poderiam aprimorar as missões da sonda, explorando rapidamente rotas de travessia seguras ou fornecendo reconhecimento em possíveis destinos-alvo científicos e, como sistemas autônomos, poderiam ser usados para explorar áreas que podem não ser alcançáveis pelas sondas. Os helicópteros também podem ser considerados como elementos de uma arquitetura de retorno de amostras onde poderiam ser usados para a recuperação oportuna de pequenas amostras científicas de volta a um veículo que sairia de Marte para o retorno à Terra.

Antes de chegarmos a essa fase, porém, a NASA terá que avaliar o desempenho de Ingenuity em Marte. Durante um período de 30 dias, o helicóptero realizará até cinco testes de vôo, nenhum dos quais durará mais de 90 segundos. Ingenuity subirá de 10 a 33 pés (3 a 10 metros) acima da superfície e atravessará até 980 pés (300 metros) durante cada vôo, de acordo com a NASA. O helicóptero robótico será capaz de vôo autônomo e se comunicará com a Perseverance após o pouso.

Com uma fuselagem aproximadamente do tamanho de uma softball (uma bola um pouco maior do que a de beisebol), a Ingenuity pesa apenas 1,8 kg. Suas duas lâminas giratórias, que giram em sentidos opostos, medem 1,2 m de comprimento. A aeronave é equipada com uma antena, quatro pés de pouso e um painel solar para recarregar suas baterias.

Uma fase crítica da missão acontecerá quando a Perseverance colocar o helicóptero na superfície marciana. Para mover o helicóptero da barriga do rover para o chão, a NASA desenvolveu o Sistema de Entrega de Helicópteros de Marte, como explica a agência espacial:

Por volta do 60º dia marciano da missão, a Perseverance lançará o escudo de destroços compostos de grafite do Sistema de Entrega de Helicópteros de Marte que protegeu o helicóptero durante o pouso. Em seguida, ele irá dirigir para o centro do aeródromo escolhido. Cerca de seis dias depois, depois que o helicóptero e as equipes da sonda estiverem satisfeitos, eles comandarão o Sistema de Entrega de Helicópteros de Marte para fazer sua missão.

O processo de posicionamento começa com a liberação de um mecanismo de travamento que mantém o helicóptero no lugar. Em seguida, um dispositivo pirotécnico de corte de cabos dispara, permitindo que um braço com mola que segura o helicóptero comece a girar o Ingenuity para fora de sua posição horizontal. Ao longo do caminho, um pequeno motor elétrico puxará o braço até que trave, trazendo o corpo do helicóptero completamente para a vertical com duas de suas plataformas de aterrissagem prontas. Outro fogo pirotécnico, liberando as outras plataformas.

Após este ponto, o helicóptero será finalmente liberado, exigindo que a máquina sobreviva a uma queda de quase 13 centímetros para a superfície. Dada a força da gravidade mais fraca em Marte do que na Terra, isso deve ser bem tranquilo. Cerca de uma semana depois, assumindo que tudo vá bem, Ingenuity realizará seu primeiro vôo de teste.

Um teste do Sistema de Entrega de Helicópteros de Marte. Crédito: NASA/JPL

Como voar em Marte com uma atmosfera tão rarefeita?

Tecnicamente, o helicóptero já registrou 75 minutos de tempo de vôo, ou, mais precisamente, um modelo do helicóptero registrou esse tempo de vôo na Terra durante os testes da NASA entre 2014 e 2019. Obviamente, Marte e a Terra têm ambientes muito diferentes, exigindo que a agência espacial seja criativa com o experimento.

Por exemplo, Marte tem uma atmosfera 100 vezes mais rarefeita do que a da Terra, portanto não há muito ar para fornecer o impulso necessário. Para voar, Ingenuity girará seus rotores a 2.400 rpm, o que é consideravelmente mais rápido do que os rotores de um helicóptero convencional.

Para simular as condições encontradas em Marte, os engenheiros da NASA tiraram todos os gases em uma câmara de vácuo de 64 centímetros de largura e adicionaram um pouco de dióxido de carbono. Um modelo da aeronave a rotor conseguiu manter o vôo por cerca de um minuto, pairando acima do solo a uma altitude de 5 cm. Foi um pequeno salto para o helicóptero, mas um salto gigantesco para os desenvolvedores.

Conceito artístico de Perseverance e Ingenuity. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Além disso, como a gravidade em Marte é cerca de 38% da gravidade superficial na Terra, o helicóptero de 1,8 kg pesará apenas 0,68 kg no Planeta Vermelho. Durante o desenvolvimento, o modelo foi testado com um sistema que simula a gravidade reduzida, e teve um bom desempenho.

A Ingenuity também terá que suportar algumas oscilações sérias de temperatura, já que as temperaturas noturnas podem ficar tão frias quanto -90 graus Celsius. O helicóptero tem 1.500 componentes diferentes feitos de alumínio, silício, carbono, papel alumínio e espuma, que se expandirão e contrairão continuamente durante o curso de sua missão. Ingenuity foi projetada com estas oscilações de temperatura em mente, mas teremos que esperar para ver como ele se comporta quando estiver no Planeta Vermelho.

Ingenuity não carregará nenhum instrumento científico, mas tem capacidades autônomas. Devido aos atrasos na comunicação da Terra com Marte, o helicóptero terá que voar sozinho e escolher lugares sensatos para pousar.

O projeto Ingenuity é um pequeno começo, mas o sucesso levará a coisas maiores e melhores. Daqui a alguns anos, quando aeronaves de vários tipos se lançarem sobre a superfície marciana (e possivelmente até sobre outros planetas), podemos olhar para trás neste helicóptero pioneiro como a aeronave que tornou tudo isso possível.