Do próximo lançamento da NASA Missão Lua a Marte aos planos ambiciosos de Elon Musk para use uma nave espacial SpaceX para eventualmente colonizar Marte, a corrida para povoar o Planeta Vermelho já começou. Mas antes que os humanos possam visitar Marte e estabelecer qualquer tipo de base de longo prazo lá, precisamos enviar batedores para ver a configuração do terreno e prepará-lo para missões tripuladas.
Conteúdo
- Projetando para o ambiente de Marte
- Deixar os robôs explorarem por conta própria
- Construindo um sistema de posicionamento de Marte
- Indo de A para B
- Andando de ônibus
- Sensores e IA
- Colonizar Marte é possível
Os pioneiros mecânicos que enviaremos a Marte nos próximos anos seguirão as pegadas de exploradores como o Rover curiosidade e a Módulo de pouso do Insight, mas a próxima geração de robótica marciana utilizará IA sofisticada, novos métodos de propulsão e pequenos satélites flexíveis para enfrentar os desafios da colonização de um novo mundo.
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Projetando para o ambiente de Marte
Existem dificuldades distintas na construção de máquinas que possam resistir ao ambiente marciano. Primeiro, há o frio, com temperaturas médias em torno de 80 graus Fahrenheit negativos e caindo para 190 graus Fahrenheit negativos nos pólos. Depois, há a fina atmosfera, que tem apenas um por cento da densidade da atmosfera da Terra. E há também a poeira problemática que é levantada em qualquer operação na superfície do planeta, sem mencionar a intensa radiação dos raios solares.
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Estas condições ambientais criam problemas para a robótica, desde variações de temperatura que fazem com que os mecanismos expandir e contrair e, portanto, desgastar-se com o tempo, fazendo com que a poeira entre nas engrenagens, o que impede o uso de peças expostas lubrificação.
“É um ambiente único e extremo, mesmo para a robótica espacial”, disse Al Tadros, vice-presidente de espaço Infraestrutura e Espaço Civil da Maxar Technologies, empresa que constrói os braços robóticos para Rovers de Marte da NASA. Os braços robóticos da Maxar devem ser capazes não só de sobreviver neste ambiente hostil, mas também de executar tarefas como escavar e perfurar que permitem investigações científicas.
Outra consideração são as limitações de peso. Quando uma peça tem que ser entregue a Marte através de um foguete, cada grama precisa ser considerada e contabilizada, e isso requer uma seleção cuidadosa de materiais. “Muito do que fazemos utiliza diferentes tipos de alumínio”, explicou Tadros. “Também usamos titânio e em alguns casos usamos fibra de carbono, dependendo da aplicação.” Outros truques para economizar peso incluem esvaziar alguns seções que não precisam ser tão estruturalmente fortes, como o comprimento de um braço robótico que poderia ser feito de compósito de matriz em favo de mel tubos.
Deixar os robôs explorarem por conta própria
Quando um rover for entregue à superfície de Marte, ele poderá começar a explorar. No entanto, devido à distância da Terra, não é viável para os engenheiros controlarem os rovers diretamente. Em vez disso, os robôs têm um certo grau de autonomia nas suas explorações, com a NASA exercendo o comando de supervisão.
“Eles podem dizer ao veículo espacial para percorrer cinco metros nesta direção”, diz Tadros, por exemplo. Se houver algum problema ao executar esse comando, o rover irá parar e aguardar mais instruções. “É bastante rudimentar nesse sentido. Mas no futuro, o desejo é ter autonomia a bordo para que o rover reconheça ‘Ah, me disseram para andar cinco metros, mas tem uma pedra aqui. Vou dar a volta nesta direção porque sei que o terreno está aberto.’”
“Precisamos de redes de comunicação em Marte, tanto entre dois pontos em Marte como de Marte de volta à Terra.”
Com um mapa e conhecimento local, os rovers serão capazes de realizar autonavegação. Eventualmente, eles serão capazes de realizar ciências de forma autônoma, de modo que os cientistas só precisariam especificar um comando como “encontre este tipo de rocha” e o rover poderá localizar e analisar uma amostra. Este tipo de autonomia já está sendo planejado como parte da próxima missão lunar da NASA com o Rover VIPER, Tadros disse. “Será uma prospecção rápida, observando e caracterizando o regolito e as rochas em busca de gelo e outros materiais.”
Com robótica como VIPER e o Marscóptero lançado como parte do projeto Mars 2020, podemos esperar que máquinas explorem e explorem Marte, descobrir os recursos locais e os perigos que ajudarão ou impedirão a sobrevivência dos seres humanos no planeta.
Construindo um sistema de posicionamento de Marte
Saber onde os humanos podem pousar com segurança em Marte e onde podem localizar os recursos de que necessitam é o primeiro passo para a colonização. Mas a verdadeira diferença entre uma visita e uma estadia prolongada noutro planeta é uma questão de infraestrutura. Da água às comunicações e à construção de habitats, precisaremos de encontrar uma forma de fornecer as necessidades básicas da vida de uma forma sustentável.
Um método para estabelecer infra-estruturas iniciais é através da utilização de pequenos satélites, ou smallsats. “Se você está pensando em colonizar Marte, onde entram os smallsats é na criação da infraestrutura para a colônia”, disse Brad King, CEO da Orbion, uma empresa que cria sistemas de propulsão mais eficientes para pequenos. “Precisamos de redes de comunicação em Marte, tanto entre dois pontos em Marte como de Marte de volta à Terra. Na Terra, resolvemos muitos desses problemas com satélites em órbita ao redor do nosso planeta.”
Os Smallsats poderiam desempenhar funções semelhantes em Marte, estabelecendo um equivalente marciano ao GPS – poderíamos chamá-lo de Sistema de Posicionamento de Marte. Eles também podem explorar a superfície do planeta, preparando a área para a chegada dos humanos.
Indo de A para B
A questão é levar satélites da Terra a Marte de maneira acessível. Tradicionalmente, as naves eram movidas através do espaço através de propulsão química – isto é, queimando combustível para criar impulso. Esta é uma ótima maneira de criar grandes quantidades de empuxo, como o empuxo necessário para um foguete deixar a atmosfera da Terra e chegar ao espaço. Mas é necessária uma enorme quantidade de combustível, a tal ponto que a maior parte dos foguetes modernos é simplesmente o tanque de combustível.
Uma alternativa mais barata para se mover pelo espaço é a propulsão elétrica, que usa energia solar para disparar uma substância inerte como o xenônio para fora da parte traseira da nave. Este método é altamente eficiente em termos de combustível, permitindo percorrer longas distâncias com muito pouco combustível. A desvantagem é que esse método de propulsão tem baixo empuxo, por isso leva mais tempo para chegar ao destino. Enviar uma nave da Terra para Marte usando propulsão elétrica pode levar alguns anos, em comparação com a propulsão química, com a qual a viagem levaria de seis a nove meses.
“Nós, como humanos, não podemos ouvir algo errado ali, mas quando você traduz isso em dados ao longo do tempo, a IA pode detectar essas mudanças sutis no desvio da norma.”
No entanto, o princípio não se aplica apenas a pequenas embarcações não tripuladas. Uma vantagem distinta da propulsão elétrica é que ela aumenta de forma muito eficiente: “A tecnologia de propulsão elétrica funciona melhor à medida que aumenta”, disse King. “Em princípio, não há nada que limite a expansão da propulsão elétrica a missões tripuladas muito grandes. Você simplesmente começa a enfrentar obstáculos econômicos porque está construindo naves do tamanho da Battlestar Galactica para chegar lá.”
A propulsão elétrica tem sido usada em projetos como a nave Hayabusa da Agência Espacial Japonesa, que visitou recentemente o distante asteróide Ryugu. E há mais planos para embarcações movidas a eletricidade em projetos futuros, como o elemento de potência e propulsão (PPE) da estação Lunar Gateway da NASA que utiliza propulsão elétrica solar e será três vezes mais potente do que as capacidades atuais.
Andando de ônibus
O lançamento e a aterragem em planetas ainda exigirão propulsão química, mas a viagem intermédia poderia ser muito mais eficiente. King sugere que um veículo de tripulação não propulsivo ou veículo de carga poderia ser colocado em uma órbita ciclística que passa pela Terra e Marte. “Então você pode essencialmente enviar coisas e ‘andar de ônibus’ para Marte, sem necessidade de propulsão”, explicou ele. Um sistema semelhante já foi utilizado para o Telescópio Espacial Kepler, que usou muito pouco combustível após seu lançamento em uma órbita heliocêntrica próxima à Terra.
É claro que ir da Terra a Marte é apenas parte da viagem. Assim que uma nave chega a Marte, ela precisa desacelerar e entrar em órbita. Para desacelerar uma nave, normalmente existem dois métodos: usar propulsores reversos que requerem combustível e aerofrenagem. Este último é onde uma nave mergulha na atmosfera externa de Marte, usando o arrasto aerodinâmico para reduzir a energia do veículo o suficiente para que, quando sair da atmosfera, possa entrar em órbita.
O conceito de propulsão elétrica tem sido um tanto marginal nas últimas décadas, mas com esses novos projetos ele se tornou popular. “Agora está sendo aplicado em larga escala – é como a transição das viagens aéreas de aeronaves movidas a hélice para aeronaves a jato”, disse King.
Sensores e IA
Assim, podemos enviar robôs para explorar a superfície e satélites para configurar a infraestrutura. Poderíamos até mover construções enormes, como habitats, através do espaço usando o mínimo de combustível por meio de propulsão elétrica. Mas os desafios da colonização de Marte não ocorrem apenas quando os humanos estão realmente a ocupar um habitat no planeta. Uma questão importante é como os habitats e as estruturas podem ser mantidos durante os longos períodos durante os quais estarão desocupados. Projetos planejados como a estação Lunar Gateway da NASA, por exemplo, provavelmente só ficarão ocupados de 20 a 30 horas. por cento do tempo, e podemos esperar taxas de ocupação semelhantes ou até mais baixas para potenciais Marte habitats.
Os habitats fora do planeta precisam ser capazes de se monitorar e se consertar, especialmente quando o ser humano mais próximo está a milhões de quilômetros de distância. E para isso é necessária IA.
“Acredito que colonizar Marte não é uma questão tecnológica, é uma questão económica.”
Um sistema lançado recentemente na Estação Espacial Internacional poderia fornecer a base para o monitoramento de habitats por IA. da Bosch Sistema SoundSee consiste em uma carga contendo 20 microfones, uma câmera e um sensor ambiental para registrar temperatura, umidade e pressão. Esses sensores coletam dados sobre o ambiente, principalmente informações acústicas, que podem ser utilizadas para sinalizar problemas.
“Se você imaginar que há um vazamento na estação, não apenas haveria tons ultrassônicos, mas também uma perda de pressão”, explicou o cientista pesquisador da Bosch, Jonathan Macoskey. “Se observarmos uma perda de pressão e um tom ultrassônico e outros fatores, essa é uma forma concreta de identificar um problema.”
É claro que um vazamento na ISS seria alto, óbvio e dramático. Mas muitas falhas de máquinas, especialmente em ambientes não tripulados, devem-se a uma degradação gradual ao longo do tempo. A IA pode ser usada para detectar essas coisas, disse Samarjit Das, pesquisador principal da SoundSee, não adicionando mais ou melhores sensores, mas sim usando os dados dos sensores de forma mais eficiente para procurar por padrões.
“As máquinas não quebram imediatamente, passando de boas para ruins”, disse Das. “Há um desgaste gradual ao longo do tempo. Pense em um sistema que você queira monitorar na ISS, como uma esteira. As engrenagens internas degradam-se lentamente com o tempo, à medida que são usadas. Nós, como humanos, não podemos ouvir algo errado ali, mas quando você traduz isso em dados ao longo do tempo, a IA pode detectar essas mudanças sutis no desvio da norma.”
Porém, não imagine futuras naves e habitats controlados inteiramente pela IA, ou pior ainda, uma IA vermelha como o HAL de 2001. “Sensores e IA não substituirão totalmente os humanos e automatizarão tudo”, disse Das. “IA é uma linha de defesa.” Macoskey concordou: “Vemos a IA como uma ferramenta que permite coisas novas, da mesma forma que o microscópio permitiu aos humanos observar organismos microscópicos”.
Colonizar Marte é possível
Com todas estas dificuldades ambientais e logísticas, pode parecer que enviar humanos para Marte é um tiro no escuro, muito menos estabelecer qualquer tipo de base permanente ou semipermanente lá. Embora estes sejam desafios sérios, existem soluções sob a forma de IA, robótica e métodos de propulsão que estão agora a ser testados para utilização em futuros projetos espaciais.
“Acredito que colonizar Marte não é uma questão tecnológica, é uma questão económica”, disse King. “Se tivéssemos recursos para gastar, saberíamos o que precisa ser construído e saberíamos como construir. Mas a quantidade de dólares ou euros necessária para fazer isso é assustadora.”
Com financiamento suficiente, temos o conhecimento necessário para começar a instalar sistemas de comunicação, permitir o transporte e construir habitats em Marte. King está confiante de que isso poderá acontecer mesmo durante a nossa vida: “Com recursos ilimitados, poderíamos estabelecer esta infraestrutura numa década”.
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