A maravilha marciana: teste e desenvolvimento do helicóptero Mars Ingenuity

Palavras de Paul Willis

Em abril passado, o Ingenuity, um helicóptero da NASA enviado a Marte como parte da missão Mars 2020, fez seu 50º vôo no Planeta Vermelho. O voo culminou dois anos notáveis ​​para a pequena nave, que voou pela primeira vez em Marte em abril de 2021, numa viagem de 39 segundos que marcou o primeiro voo motorizado e controlado de um helicóptero noutro planeta.

Desde então, o Ingenuity superou em muito as expectativas dos seus desenvolvedores, que pretendiam que fosse uma demonstração de tecnologia projetada para apenas cinco voos na superfície marciana. O principal desses engenheiros é Bob Balaram, o criador do conceito Ingenuity e o engenheiro-chefe durante seu desenvolvimento, teste e operações marcianas.

Balaram está compreensivelmente orgulhoso do que a missão Ingenuity alcançou. “É muito legal olhar para o céu noturno e ver o pequeno ponto vermelho de Marte e pensar que em algum lugar dele está o nosso pequeno helicóptero, que nossa equipe montou”, diz ele.

É difícil exagerar o extraordinário feito de engenharia que foi transformar a ideia de Balaram em realidade e, nos anais da exploração espacial, o Ingenuity poderá muito bem revelar-se um divisor de águas. Como diz Balaram, o Ingenuity “abriu a porta” para futuros voos não tripulados em outros planetas.

No caso de Marte, a NASA planeja enviar mais dois helicópteros ao planeta como parte de uma missão de retorno de amostras programada provisoriamente para 2026. Outra missão da NASA programada para ser lançada no ano seguinte, em 2027, é a Dragonfly, uma missão de 450 kg (990 lbs) helicóptero que será usado para explorar a lua de Saturno, Titã, em busca de sinais de vida.

Muito maior que o Ingenuity, que pesa apenas 1,8 kg, os desenvolvedores do Dragonfly têm grandes ambições. O helicóptero será um laboratório científico móvel, pousando em diferentes locais de Titã para estudar a química prebiótica presente na superfície desta lua distante.

Ralph Lorenz é arquiteto da missão Dragonfly e cientista planetário e engenheiro do Johns Hopkins Applied Physics Lab (APL), que está liderando o desenvolvimento do Dragonfly para a NASA. Ele diz que as principais diferenças entre os objetivos da missão do Ingenuity e do Dragonfly e os ambientes em que operarão significam que “há pouca ou nenhuma herança no hardware”. No entanto, ele e sua equipe estão aproveitando as lições das operações do Ingenuity. Vários membros da equipe Ingenuity atuaram como consultores para o Dragonfly.

Balaram teve pela primeira vez a ideia de um voo de helicóptero em Marte na década de 1990, embora admita que não foi o único. “A American Helicopter Society até realizou uma competição onde estudantes universitários poderiam projetar um helicóptero para Marte”, diz Balaram. “Isso foi mais ou menos na época em que a missão Pathfinder da NASA pousou em Marte com o pequeno rover Sojourner [1997]. Portanto, havia muita empolgação em relação a Marte naquela época.”

Mesmo assim, o conceito ficou na prateleira pelos 15 anos seguintes, até que o interesse na então nascente tecnologia de drones levou Balaram a ser solicitado a produzir um breve detalhamento da viabilidade da tecnologia para uma missão a Marte. “Eles nos deram algum dinheiro inicial e projetamos e construímos o Ingenuity”, diz Balaram.

O momento em que o Ingenuity desbloqueou as pás do rotor em 7 de abril de 2019, um marco importante antes de seu primeiro voo (Foto: NASA/JPL-Caltech)

Balaram e a sua equipa tiveram de superar alguns desafios complexos, o mais significativo dos quais foi a atmosfera extremamente fina de Marte. A densidade do ar em Marte é cerca de 1% da densidade do ar ao nível do mar na Terra.

Isso torna muito mais difícil criar elevação para a decolagem. Embora a atração gravitacional marciana inferior, que é cerca de um terço da da Terra, ajude um pouco, “você ainda está lutando contra uma densidade muito baixa”, diz Balaram.

Conseqüentemente, para que o Ingenuity fosse transportado pelo ar, a prioridade era torná-lo o mais leve possível. No entanto, este critério de design entrou em conflito com outro – tornar a nave robusta o suficiente para sobreviver nos ambientes extraordinariamente hostis de Marte.