Depois de demonstrar com o Ingenuity que é possível realizar voos controlados na atmosfera rarefeita de Marte, a NASA pretende levar essa tecnologia a uma nova etapa. Em vez de apenas explorar o terreno do alto, futuros helicópteros poderão investigar o que existe abaixo da superfície marciana.
A missão SkyFall prevê o envio de três helicópteros, um maior e dois menores, equipados para procurar água congelada nos primeiros metros do regolito. O objetivo é localizar depósitos suficientemente rasos para serem acessíveis em futuras missões de exploração.
Para isso, os veículos utilizarão radares de penetração no solo com antenas especialmente desenvolvidas pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Um dos principais desafios foi criar uma antena capaz de funcionar durante os levantamentos sem atrapalhar os pousos e de suportar repetidamente o contato com o terreno.
Os primeiros testes desse sistema já foram realizados.
A presença de gelo em Marte não é novidade. Observações realizadas a partir da órbita já permitem identificar grandes depósitos subterrâneos em determinadas regiões do planeta.
O problema está na profundidade.
Depósitos localizados a dezenas de metros podem ser estudados por instrumentos orbitais, mas o SkyFall foi concebido para investigar os primeiros metros abaixo da superfície, incluindo gelo situado a profundidades de até aproximadamente cinco metros, muito mais interessante quando se pensa em acesso direto por futuras equipes.
Água disponível localmente reduziria a necessidade de transportar da Terra todo o recurso necessário para determinadas atividades. Além do consumo e de outros usos durante uma missão, a água também pode servir como matéria-prima em processos associados à produção de oxigênio e propelentes.
Os helicópteros deverão sobrevoar o terreno enquanto seus radares enviam ondas eletromagnéticas em direção ao subsolo. Alterações na maneira como esses sinais atravessam e são refletidos pelas diferentes camadas poderão revelar estruturas enterradas e possíveis depósitos de gelo.
O sistema trabalhará entre 500 e 2.500 megahertz. As frequências mais baixas permitem alcançar maiores profundidades, enquanto as mais altas fornecem informações mais detalhadas das camadas próximas à superfície.
Transformar esse conceito em um equipamento capaz de voar em Marte trouxe um problema incomum de engenharia.
Uma antena convencional adequada às frequências utilizadas pelo radar precisaria ter aproximadamente 48 centímetros e manter uma visão desobstruída do solo. Mas os helicópteros deverão ficar a apenas cerca de 15 centímetros do terreno durante o pouso.
A solução escolhida foi uma versão modificada da chamada antena Vivaldi, um tipo de antena plana capaz de operar em uma ampla faixa de radiofrequências.
Mesmo miniaturizada, porém, ela continua sendo maior do que as pernas do helicóptero. Isso significa que não poderá permanecer rígida durante o pouso.
A antena foi projetada para se curvar quando tocar o solo e retornar à posição adequada quando o helicóptero decolar novamente. Se o veículo pousar sobre uma pedra ou terreno irregular, ela deverá suportar uma deformação ainda maior sem sofrer danos permanentes.
Como os helicópteros deverão pousar e decolar dezenas de vezes, essa flexibilidade precisa funcionar repetidamente sem alterar o desempenho do radar.
Para construir uma estrutura simultaneamente leve e resistente, os engenheiros utilizaram poliéster, camadas de Vectran, molas flexíveis de fibra de vidro e uma estrutura de suporte de magnésio.
O Vectran já possui histórico em Marte: o material foi utilizado nos airbags que ajudaram a proteger os rovers Spirit e Opportunity durante seus pousos.
No Laboratório de Propulsão a Jato, o protótipo da nova antena foi dobrado e flexionado repetidamente para reproduzir diferentes situações de pouso. Também foi submetido a grandes variações de temperatura para representar as condições encontradas entre o dia e a noite marcianos.
Entre os ensaios mecânicos e térmicos, os engenheiros verificaram se as deformações afetavam sua capacidade de transmitir e receber sinais.
Os testes foram além das condições esperadas para a missão. Segundo a equipe, a antena suportou o equivalente ao dobro dos 200 pousos previstos como requisito, sem perda de desempenho do sinal.
O resultado não significa que o equipamento esteja pronto para Marte. A antena ainda precisa passar pelo processo completo de qualificação para voo, mas a campanha eliminou algumas das principais dúvidas sobre a viabilidade do projeto.
O SkyFall aproveita diretamente a experiência adquirida com o Ingenuity.
Originalmente concebido como uma demonstração tecnológica, o pequeno helicóptero realizou o primeiro voo controlado e motorizado em outro planeta em 2021. A missão mostrou que uma aeronave poderia operar mesmo na atmosfera extremamente rarefeita de Marte.
Ao longo de quase três anos de operações, o Ingenuity também demonstrou outra vantagem: veículos aéreos podem observar áreas à frente de missões na superfície e fornecer uma perspectiva impossível para um rover.
O SkyFall pretende transformar essa capacidade de voo em uma plataforma científica voltada para o subsolo.
Cada helicóptero deverá transportar quatro instrumentos, enquanto o radar permitirá investigar regiões que não poderiam ser examinadas da mesma maneira apenas com imagens da superfície.
Com a primeira grande campanha de ensaios da antena concluída, a equipe trabalha agora em um modelo de engenharia do radar.
As próximas etapas deverão incluir testes de vibração, implantação em condições que simulem o ambiente marciano, avaliações do sinal e experimentos no Mars Yard, área do Laboratório de Propulsão a Jato utilizada para reproduzir terrenos encontrados em Marte.
Segundo as informações divulgadas para o projeto, o SkyFall está previsto para seguir para Marte no final de 2028, a bordo da missão Space Reactor-1 Freedom.
Se a tecnologia funcionar como planejado, os sucessores do Ingenuity não estarão apenas observando Marte do alto. Eles poderão ajudar a localizar um dos recursos mais importantes escondidos sob sua superfície.
Sobre a Imagem: Uma ilustração artística mostra os três helicópteros SkyFall Mars coletando dados enquanto sobrevoam a superfície do planeta vermelho. Créditos da Imagem: NASA/JPL-Caltech.
Fonte: https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-tests-featherweight-radar-antenna-for-skyfall-mars-helicopters/