Mars Opportunity e Spirit Rovers poderiam ter vivido praticamente para sempre com uma pequena mudança

Os dois rovers de exploração de Marte, aguardando o trabalho final antes do lançamento em 2003 no JPL da NASA. Os exploradores robóticos idênticos, Spirit e Opportunity, foram capazes de caminhar até 109 jardas a cada dia marciano. Eles encontraram evidências de água líquida entre muitas outras coisas, com o Opportunity viajando mais longe do que qualquer veículo autônomo em qualquer mundo: mais de 45 km (28 milhas) em mais de 5.000 dias. (David McNew/Getty Images)
Projetado para uma missão de 90 dias cada, o pó matou o espírito super-realizador e ameaça agora matar o Opportunity. Mas não precisava ser assim.
Em 2004, a NASA lançou dois veículos de exploração para o planeta vermelho: os rovers Spirit e Opportunity. Esses dois Mars Exploration Rovers foram originalmente projetados para missões de 90 dias para capturar imagens, explorar e investigar a superfície marciana. No entanto, esses rovers gêmeos movidos a energia solar excederam em muito a vida útil do projeto. A meio mundo de distância um do outro, Spirit e Opportunity revelaram um mundo sobre o qual a humanidade se perguntou por milênios.
Abundam as evidências de um passado aquoso, desde esferas de hematita (mirtilos marcianos) até rochas sedimentares. Paredes de crateras e dunas de areia foram observadas de perto. Os primeiros meteoritos de ferro em outro mundo foram descobertos. E sob seu próprio poder, o Opportunity tornou-se o veículo mais viajado para agraciar outro planeta.

Essas pequenas esferas de hematita encontradas em Marte, algumas das quais são encontradas fundidas, só poderiam ter sido formadas por processos envolvendo água. Os processos geológicos por si só não podem explicá-los; essas esférulas são provavelmente evidências de um passado aquoso em Marte. (JPL / NASA / Universidade de Cornell)
A Spirit fez isso por seis anos, até 2010, quando poeira suficiente se acumulou em seus painéis solares para que ela não pudesse mais continuar andando. Permaneceu como uma estação científica estacionária até que a baixa duração da bateria forçou a equipe a abandonar completamente as operações. A oportunidade, a partir de agora, ainda está viva em 2018.
Embora tenha chegado perigosamente perto de perecer várias vezes à medida que a poeira se acumulou em seus painéis solares, foi beneficiada pelos ventos que sopraram a poeira de volta, permitindo que continuasse as operações conforme planejado.

O Opportunity Rover da Mars celebrou uma década em Marte na cratera Lunakhod 2 em 2014, com painéis solares que pareciam quase novos após um grande 'evento de limpeza'. (NASA/JPL-Caltech/Cornell/Arizona State Univ.)
Infelizmente, está atualmente preso na pior tempestade de poeira que já experimentou , e a equipe está enfrentando a possibilidade real de que este possa ser o fim do Opportunity: o último dos Mars Exploration Rovers.
Parece notável que um veículo projetado para uma missão de 90 dias tenha durado 14 anos, mas a verdade é que tanto o Spirit quanto o Opportunity poderiam ter durado ainda mais, talvez até indefinidamente. Aqui está como.

O primeiro rover em Marte, o Sojourner de 1997, excedeu em muito a vida útil e as capacidades esperadas da missão. Opportunity e Spirit, seus sucessores imediatos, foram lançados em 2003 e eram muito superiores em termos de capacidade e ambição. (NASA/JPL-Caltech)
Quando os Mars Exploration Rovers foram projetados, eles eram os sucessores da próxima geração do primeiro rover automatizado em outro planeta: o Rover Sojourner que pousou em Marte em 1997. Sojourner pesava apenas 11 quilos, cerca de 60 centímetros de comprimento, e foi projetado para uma missão de 7 dias. Dirigindo de forma muito conservadora, chegou a quase três meses completos de atividade, quando a estação base falhou. Com câmeras frontal e traseira, ele tirou nossas primeiras fotos de Marte de diferentes locais no solo, percorrendo uma distância total de mais de 100 metros (300 pés) quando sua missão terminou.

Uma comparação de tamanhos para o rover Sojourner (Mars Pathfinder), o Mars Exploration Rovers (Spirit e Opportunity), o módulo Phoenix e o Mars Science Laboratory (Curiosity Rover). (NASA/JPL-Caltech)
A próxima geração, portanto, precisaria ser maior, mais robusta, mais duradoura e capaz de ir mais longe. Os Mars Exploration Rovers foram projetados com uma série de instrumentos científicos e câmeras superiores. Eles não precisariam de uma estação base e poderiam se comunicar diretamente com a Terra. O Spirit e o Opportunity foram projetados para durar no mínimo 90 dias, com a esperança de que, com a engenharia excessiva dos rovers, eles possam durar muito mais.
Uma das maiores preocupações era o poder. Várias opções foram consideradas nos estágios iniciais: radioisótopos, baterias e painéis solares. Por causa dos resultados do Sojourner, sabíamos que a poeira se acumularia nos painéis solares, mas apenas a uma taxa extremamente lenta de ~ 0,29% por dia marciano. Ao longo de uma missão de 90 dias, isso significou uma redução total de energia de 23%. Havia uma série de opções, então, para como projetar Spirit e Opportunity.

Durante a maioria dos dias marcianos (sóis), a quantidade de poeira que se acumula em um painel solar, da poeira na atmosfera marciana, é pequena e consistente. Grandes tempestades no passado, como 2007 (linha vermelha), aumentaram isso tremendamente. A tempestade atual (linha verde) não tem precedentes. (NASA/JPL-Caltech/TAMU)
Uma opção seria instalar algum mecanismo, como palhetas, para remover qualquer poeira marciana que se acumule. Aqui na Terra, os limpadores de para-brisa são tão comuns que parece a solução óbvia para esse problema. Mas Marte é muito diferente da Terra de duas maneiras importantes quando se trata de poeira acumulada em uma superfície como um painel solar.
- A poeira marciana é extremamente pequena e de granulação fina. A poeira atmosférica em Marte tem aproximadamente três mícrons de diâmetro e adere por meio de forças eletrostáticas. Você não pode simplesmente ignorá-lo como faria na Terra; muita poeira permaneceria.
- Não há fluido para ajudar em Marte. A água não permanecerá líquida em Marte, e você só pode trazer uma quantidade limitada de qualquer fluido com você. Os movimentos de limpeza a seco prejudicariam as superfícies do painel, tornando-os uma solução inferior.

Tempestades de poeira, quando ocorrem em Marte, podem mudar a aparência de todo o planeta por meses, como fizeram em 2001 com a incrível tempestade de poeira que ocorreu. Os efeitos atmosféricos duraram de julho a novembro, embora a tempestade tenha diminuído em setembro. (NASA/JPL-Caltech/Malin Space Sciences Systems)
Existem opções melhores, no entanto. As palhetas do limpador são pesadas, complexas, sujeitas a danos nas temperaturas extremas que Marte experimenta e são facilmente quebradas. Uma segunda solução seria ter painéis articulados (inclináveis), onde você poderia simplesmente orientá-los verticalmente. Como Marte normalmente tem ventos de baixo nível que sopram continuamente, qualquer acúmulo de poeira pode ser soprado pelo ambiente natural de Marte. Na verdade, existem eventos naturais de limpeza que ocorrem em Marte, dos quais não sabíamos quando projetamos esses rovers; os ventos ocasionalmente, durante a noite, soprarão grandes quantidades de poeira dos rovers, aumentando sua potência. Foi só quando o Spirit não conseguiu um por um ano marciano inteiro que acabou morrendo.

O Spirit Rover de Marte, coberto de poeira, em um de seus auto-retratos finais. Observe como os painéis solares (esquerdo, direito e superior) se misturam com o solo, devido ao quão completamente eles estão cobertos de poeira marciana. (NASA/JPL-Caltech)
Os painéis poderiam ter sido equipados com um mecanismo para repelir eletrostaticamente a poeira. Ao carregar os próprios painéis, alguma carga migraria para os grãos de poeira, causando repulsão mútua (já que cargas semelhantes se repelem). Então, qualquer vento fraco sopraria a poeira levitada, melhorando muito o desempenho do rover. A desvantagem é que às vezes as partículas de poeira ficam eletricamente carregadas e você não pode escolher o sinal da carga, principalmente se forem bons isolantes.

Para comparação, aqui está o autorretrato do Opportunity rover logo após um evento de limpeza. Observe como os painéis solares parecem “como novos”. Se tivéssemos instalado um mecanismo para limpar os painéis, poderíamos fazer isso a qualquer momento. (NASA/JPL-Caltech)
Finalmente, a última consideração teria sido equipar esses rovers com um cilindro de ar comprimido (ou um compressor de ar marciano) e um braço soprador. Assim como você pode pegar uma lata de ar comprimido para tirar a poeira de um computador, o mesmo mecanismo físico funcionaria bem em Marte. Você teria apenas uma quantidade finita de ar comprimido, mas só precisaria usá-lo com extrema moderação: quando eventos naturais de limpeza (que não sabíamos que existiam) não ocorrem para ajudar a rejuvenescer seu rover. Se tivéssemos que projetar esses rovers do zero novamente, sabendo o que sabemos agora, acrescentar isso poderia ter literalmente estendido suas vidas útil indefinidamente.

Esta série de imagens mostra vistas simuladas de um céu marciano escurecendo, obscurecendo o Sol do ponto de vista de um rover em uma tempestade de poeira. Se tivéssemos uma maneira de remover a poeira à força, estaríamos dizendo: 'se a poeira encobrir o sol, então vamos vagar na sombra'. Este. É. MARTE!' (NASA/JPL-Caltech/TAMU)
Em vez disso, escolhemos a solução mais econômica (ou seja, mais barata): simplesmente construir painéis solares maiores. Se, em uma missão de 90 dias, esperássemos até 23% de escurecimento, construindo painéis solares com pelo menos 23% mais área de superfície, garantiríamos toda a energia de que precisamos. De acordo com Mark Adler , o Arquiteto do Programa para Exploração de Marte quando o Spirit e o Opportunity foram projetados:
Então, quando confrontados com o custo e a complexidade das maneiras de limpar os painéis, descobriu-se que tanto a abordagem mais barata quanto a de menor massa era tornar os painéis maiores. Problema de engenharia resolvido. Passe para o próximo problema.
No orçamento altamente limitado, não poderíamos e não gastaríamos dinheiro para ir além dos requisitos da missão. Cada centavo que tínhamos gasto para atender aos requisitos com confiabilidade suficiente.
E agora, como resultado, depois de mais de 45 quilômetros (o máximo de todos os tempos) e 5.000 dias em Marte, uma única tempestade de poeira pode sinalizar o fim do Opportunity para sempre.

A atual tempestade de poeira em Marte tem apenas alguns dias, mas já podemos ver o quão grande ela é e como está o rover Opportunity. As coisas parecem sombrias, mas o Opportunity é difícil. (NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Se um equipamento extra, como um soprador de ar comprimido a bordo de um braço robótico, fosse instalado, os painéis solares empoeirados poderiam ser limpos à vontade. Agachar-se para sobreviver a uma tempestade de poeira, mesmo que bloqueasse 100% da luz, não seria catastrófico, desde que os rovers tivessem energia suficiente armazenada em suas baterias para controlar e operar o mecanismo do soprador. Se isso estivesse em vigor, o Spirit poderia ter se salvado de seu destino de 2010, e o Opportunity não estaria no perigo em que está agora, no meio da enorme tempestade de poeira que está enfrentando. Ainda assim, embora a retrospectiva seja 20/20, é muito difícil ficar triste com duas missões que superaram as expectativas de qualquer um. Mas, para a próxima vez, é uma lição inestimável: se você puder se proteger do acúmulo de poeira marciana, poderá viver para sempre. Pelo menos, se você for um rover em Marte.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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