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Engenheiros do MIT testam uma ideia para um novo rover flutuante

Esta ilustração mostra uma imagem conceitual do rover. Cortesia dos pesquisadores (MIT News).

Engenheiros aeroespaciais do MIT estão testando um novo conceito para um rover flutuante que levita aproveitando a carga natural da lua.

Por não terem atmosfera, a lua e outros corpos sem ar, como os asteróides, podem criar um campo elétrico por meio da exposição direta ao sol e ao plasma circundante. Na lua, essa carga de superfície é forte o suficiente para levitar poeira a mais de 1 metro acima do solo, da mesma forma que a eletricidade estática pode fazer com que o cabelo de uma pessoa fique em pé.

Engenheiros da NASA e de outros lugares propuseram recentemente aproveitar essa carga natural da superfície para levitar um planador com asas feitas de Mylar, um material que naturalmente mantém a mesma carga que as superfícies de corpos sem ar. Eles raciocinaram que as superfícies com cargas semelhantes deveriam se repelir, com uma força que eleva o planador do chão. Mas tal projeto provavelmente seria limitado a pequenos asteroides, já que corpos planetários maiores teriam uma força gravitacional mais forte e contrária.

O rover levitante da equipe do MIT poderia contornar essa limitação de tamanho. O conceito, que se assemelha a um disco voador de estilo retrô, usa pequenos feixes de íons para carregar o veículo e aumentar a carga natural da superfície. O efeito geral é projetado para gerar uma força repulsiva relativamente grande entre o veículo e o solo, de uma forma que requer muito pouca potência. Em um estudo de viabilidade inicial, os pesquisadores mostram que esse aumento de íons deve ser forte o suficiente para levitar um pequeno veículo de 2 libras na Lua e grandes asteroides como Psyche.

Pensamos em usar isso como as missões Hayabusa que foram lançadas pela agência espacial japonesa, diz o autor principal Oliver Jia-Richards, estudante de pós-graduação do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT. Essa espaçonave operou em torno de um pequeno asteroide e implantou pequenos rovers em sua superfície. Da mesma forma, achamos que uma missão futura poderia enviar pequenos rovers pairando para explorar a superfície da lua e outros asteróides.

Os resultados da equipe aparecem na edição atual do Jornal de naves espaciais e foguetes . Os coautores de Jia-Richards são Paulo Lozano, professor de aeronáutica e astronáutica M. Alemán-Velasco e diretor do Laboratório de Propulsão Espacial do MIT; e o ex-aluno visitante Sebastian Hampl, agora na McGill University.

Força iônica

O projeto de levitação da equipe depende do uso de propulsores de íons em miniatura, chamados de fontes de íons de líquido iônico. Esses pequenos bicos microfabricados são conectados a um reservatório contendo líquido iônico na forma de sal fundido à temperatura ambiente. Quando uma tensão é aplicada, os íons do líquido são carregados e emitidos como um feixe através dos bocais com uma certa força.

A equipe de Lozano foi pioneira no desenvolvimento de propulsores iônicos e os usou principalmente para impulsionar e manobrar fisicamente pequenos satélites no espaço. Recentemente, Lozano viu pesquisas mostrando o efeito de levitação da superfície carregada da lua na poeira lunar. Ele também considerou o projeto do planador eletrostático da NASA e se perguntou: um rover equipado com propulsores de íons poderia produzir força eletrostática repulsiva suficiente para pairar na lua e em asteroides maiores?

Para testar a ideia, a equipe inicialmente modelou um pequeno rover em forma de disco com propulsores de íons que carregavam o veículo sozinho. Eles modelaram os propulsores para emitir íons carregados negativamente do veículo, o que efetivamente deu ao veículo uma carga positiva, semelhante à superfície carregada positivamente da lua. Mas eles descobriram que isso não foi suficiente para tirar o veículo do chão.

Este design usa pequenos feixes de íons para carregar o veículo e a superfície embaixo, com pouca energia necessária.
Cortesia dos pesquisadores / MIT News

Então pensamos, e se transferirmos nossa própria carga para a superfície para suplementar sua carga natural? Jia-Richards diz.

Ao apontar propulsores adicionais para o solo e emitir íons positivos para amplificar a carga da superfície, a equipe raciocinou que o impulso poderia produzir uma força maior contra o rover, o suficiente para levitar do solo. Eles elaboraram um modelo matemático simples para o cenário e descobriram que, em princípio, poderia funcionar.

Com base nesse modelo simples, a equipe previu que um pequeno rover, pesando cerca de dois quilos, poderia atingir a levitação de cerca de um centímetro do solo, em um grande asteroide como Psyche, usando uma fonte de íons de 10 quilovolts. Para obter uma decolagem semelhante na lua, o mesmo rover precisaria de uma fonte de 50 quilovolts.

Esse tipo de design iônico usa muito pouca energia para gerar muita tensão, explica Lozano. A energia necessária é tão pequena que você poderia fazer isso quase de graça.

Em suspensão

Para ter certeza de que o modelo representava o que poderia acontecer em um ambiente real no espaço, eles executaram um cenário simples no laboratório de Lozano. Os pesquisadores fabricaram um pequeno veículo de teste hexagonal pesando cerca de 60 gramas e medindo aproximadamente o tamanho da palma da mão de uma pessoa. Eles instalaram um propulsor de íons apontando para cima e quatro apontando para baixo e, em seguida, suspenderam o veículo sobre uma superfície de alumínio a partir de duas molas calibradas para neutralizar a força gravitacional da Terra. Toda a configuração foi colocada dentro de uma câmara de vácuo para simular o ambiente sem ar da lua e dos asteróides.

Os pesquisadores também suspenderam uma haste de tungstênio das molas do experimento e usaram seu deslocamento para medir quanta força os propulsores produziam cada vez que eram disparados. Eles aplicaram várias voltagens aos propulsores e mediram as forças resultantes, que usaram para calcular a altura que o veículo sozinho poderia ter levitado. Eles descobriram que esses resultados experimentais correspondiam às previsões do mesmo cenário de seu modelo, dando-lhes confiança de que suas previsões para pairar um rover em Psyche e na lua eram realistas.

O modelo atual é projetado para prever as condições necessárias para simplesmente atingir a levitação, que estava a cerca de 1 centímetro do chão para um veículo de 2 libras. Os propulsores de íons poderiam gerar mais força com maior tensão para levantar um veículo mais alto do solo. Mas Jia-Richards diz que o modelo precisaria ser revisado, pois não leva em conta como os íons emitidos se comportariam em altitudes mais altas.

Em princípio, com uma modelagem melhor, poderíamos levitar a alturas muito maiores, diz ele.

Nesse caso, Lozano diz que futuras missões para a lua e asteróides podem implantar rovers que usam propulsores de íons para pairar e manobrar com segurança em terrenos desconhecidos e irregulares.

Com um rover levitando, você não precisa se preocupar com rodas ou peças móveis, diz Lozano. O terreno de um asteroide pode ser totalmente irregular e, desde que você tenha um mecanismo controlado para manter seu rover flutuando, você pode passar por terrenos muito acidentados e inexplorados, sem ter que se esquivar fisicamente do asteroide.

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA.

Republicado com permissão de Notícias do MIT . Leia o artigo original .

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