O cinturão de asteróides está cheio de oportunidades e incógnitas, rico em recursos e mistérios científicos.
Como você pousa e se movimenta com segurança nesses minúsculos corpos? Esta é uma questão que muitos engenheiros consideraram. Quando robôs de hardware convencionais pousam na superfície de um asteroide frágil, existe um alto risco de que destruam a estrutura da superfície, impossibilitando a obtenção de amostras válidas ou a realização de detecção sustentada.
Um novo tipo de “robô suave” poderia proporcionar um avanço para missões de asteróides.
01 Asteroide frágil enfrenta problema de pouso forçado
Aterrissar uma espaçonave robótica com segurança na Lua ou no planeta já é muito difícil. Aterrissar em um asteroide é ainda mais difícil.
Ao contrário dos planetas gigantes. A gravidade superficial dos asteróides é extremamente fraca, talvez até alguns milionésimos da da Terra. O ambiente de microgravidade traz grandes desafios para o pouso e as atividades de naves espaciais. O método tradicional de "pouso forçado" baseado em propulsores é difícil de obter um controle preciso e é fácil destruir a estrutura solta da superfície do asteróide, o que afetará seriamente o estudo da composição e da história evolutiva do asteróide.
A missão OSIRIS-REx da NASA adotou uma abordagem muito conservadora em relação ao asteroide Bennu. “Não queríamos lidar com a incerteza do contacto real com a superfície por mais tempo do que o necessário”, disse Moreau. Então eles criaram um esquema para espionar o asteroide em 16 segundos com um longo braço de amostragem.
Com a tecnologia atual, ainda estamos muito longe de um verdadeiro “pouso” de asteroide.
02 Slow Landing: A visão de um robô macio
Tendo em conta as características do ambiente de microgravidade, a equipa do professor Jay McMahon da Universidade do Colorado apresentou uma ideia ousada: o desenvolvimento de “robôs suaves” - AoES, para conseguir uma aterragem suave de asteróides. Este robô faz pleno uso de forças fracas, como adsorção eletromagnética e adesão eletrostática para pouso e atividades de superfície, não precisa depender de propulsores e ancoragem mecânica e pode atingir um pouso calmante de "colisão zero".
O robô macio foi projetado no formato de múltiplas pétalas, semelhante a nenúfares. As pétalas são feitas de material elástico que pode cobrir grandes áreas da superfície do asteróide sem danificar a topografia da superfície, e também podem girar e esticar, usando a velocidade orbital e a pressão da radiação solar para ajustar sua órbita e desacelerar.
Robôs leves podem usar a distribuição de carga superficial de asteróides para adsorção eletromagnética. A superfície do asteróide é preenchida com várias partículas de poeira, que criam distribuições complexas de carga e campos elétricos, assim como as lagartixas usam interações moleculares para se fixarem na parede, os robôs macios também podem se fixar na superfície do asteróide, controlando a nuvem de carga de algumas pétalas.
Outra forma de fixação é usar força eletrostática. Embora a força eletrostática na superfície do asteróide seja fraca, o robô macio pode acumular adesão eletrostática suficiente através da enorme área de superfície. Ajustar a carga de algumas pétalas permite que o robô macio se mova. Este modo de movimento não requer propulsão de combustível e não causa contaminação secundária do asteróide.
03 Monitoramento de longo prazo e utilização de recursos
Se o pouso suave for bem-sucedido, os robôs suaves serão capazes de operar na superfície do asteróide por um longo tempo para realizar uma variedade de explorações científicas. Ele pode ser dotado de sensores na superfície para monitorar campos magnéticos, fluxo de calor, distribuição de carga e outras informações para revelar o mecanismo de formação e a história de evolução do asteróide. A longo prazo, isto é de grande importância para o desenvolvimento e utilização dos recursos de asteróides.
04 Dificuldades técnicas: navegação, potência e controle
O conceito de utilização de robôs leves para pousar em asteróides é muito atraente, mas também enfrenta muitos desafios técnicos, sendo as questões mais críticas a navegação e o controle.
Para conseguir um pouso preciso e uma navegação de superfície no ambiente complexo e desconhecido de asteróides, os robôs leves precisam ter capacidade para evitar obstáculos e planejamento autônomo. Comparado com o corpo rígido, a dinâmica e o sistema de controle do robô macio são mais complexos. Cada deformação do braço da pétala alterará a distribuição geral da massa e os parâmetros dinâmicos. O algoritmo de controle deve ser eficiente e preciso e ter adaptabilidade suficiente a ambientes desconhecidos.
Os voos espaciais de longa duração também representam sérios desafios para os materiais e estruturas dos robôs leves. Deve ser capaz de suportar altas radiações e diferenças extremas de temperatura e ter a capacidade de auto-reparação em caso de falha.
Reduzir a massa e melhorar a resistência estrutural é outro desafio que precisa ser superado neste campo. Para operar em ambientes de microgravidade extrema, os robôs flexíveis devem ser finos e leves, mas uma estrutura muito fraca é difícil de alimentar tarefas de movimento e amostragem, por isso deve garantir a força e a rigidez necessárias para executar a tarefa sem adicionar muita massa.
05 O futuro pode ser esperado
Apesar dos desafios, o sonho de uma aterragem suave continua a impulsionar o progresso e a inovação neste domínio. A equipe da Universidade do Colorado, que recebe uma bolsa de pesquisa da NASA desde 2017, está atualmente explorando se alguma de sua tecnologia de robótica leve poderia servir à manutenção de satélites em órbita e à limpeza de lixo espacial.
Resta saber se os robôs leves serão capazes de ser pioneiros na exploração de asteróides para humanos.