Explorando como construir robôs extraterrestres melhores

Correr na praia versus uma estrada pavimentada pode alterar a passada, a velocidade e a estabilidade de um atleta. Altere a força da gravidade e o corredor poderá quebrar seu recorde pessoal ou afundar no chão. Os pesquisadores devem considerar esses parâmetros ao projetar rovers e pousadores extraterrestres – que podem navegar onde ninguém pisou.

Para melhor informar este trabalho, uma equipa multiinstitucional analisou o fluxo de regolito simulado, um tipo de detritos fragmentados que cobre a Lua e os planetas rochosos, utilizando um gerador de gravidade artificial na Estação Espacial Internacional.

Eles publicaram seu trabalho em Microgravidade npj.

“Estudar as características do fluxo do regolito que cobre corpos extraterrestres sob condições de baixa gravidade é essencial para o projeto e análise confiáveis ​​de sondas e veículos espaciais para exploração espacial”, disse o autor correspondente Shingo Ozaki, professor da Universidade Nacional de Yokohama. “O regolito, que é um material granular potencialmente fofo e pulverulento, é uma preocupação primária para o módulo de pouso ou rover; pousar em solo tão solto é uma fase crítica durante a exploração, pois a base do trem de pouso pode enterrar-se no regolito.”

O Spirit, um dos rovers gêmeos que pousou em Marte em 2004, foi vítima do regolito seis anos após o início de sua missão. Sua roda ficou irrevogavelmente presa no regolito, forçando seu término.

“Esta questão esclareceu a importância da mecânica da interação roda-solo”, disse Ozaki. “Esses modelos de interação mecânica de máquinas – como o trem de pouso ou o sistema de mobilidade – em meios granulares sob vários níveis de aceleração gravitacional são fundamentais para seu projeto e análise confiáveis.”

Neste estudo, os pesquisadores propuseram uma abordagem experimental para examinar como várias condições de gravidade influenciam o comportamento de oito areias, incluindo o regolito simulado, ao longo de horas. Experimentos anteriores realizados por períodos mais curtos de meros segundos demonstraram que a dinâmica do fluxo de meios granulares depende da aceleração da gravitação.

Porém, segundo Ozaki, as instalações experimentais não estavam equipadas para testar a dinâmica do fluxo por longos períodos de tempo. Para isso, precisavam estar no espaço – especificamente na Estação Espacial Internacional (ISS).

Lá, recipientes de ampulheta especialmente projetados foram colocados no Módulo Experimental Japonês da ISS, que é equipado com uma centrífuga que pode fornecer condições de gravidade artificial estáveis ​​e de longo prazo. Cada contêiner abrigava regolitos ou areias simuladas encontradas na Terra, em Marte ou na Lua. Durante sete horas, os pesquisadores aplicaram várias condições de gravidade artificial aos recipientes e estudaram como os materiais granulares fluíam através do gargalo estreito em forma de ampulheta.

“A condição de gravidade artificial no experimento foi confirmada como razoável para estudar o fluxo dependente da gravidade da mídia granular”, disse Ozaki. “Descobrimos então que as características de fluxo de algumas areias seguem quantitativamente leis físicas bem conhecidas, mesmo em baixa gravidade.”

Os pesquisadores também confirmaram que a densidade aparente, ou quão compacto é um material granular, da areia diminui com a gravidade. Por outras palavras, com menos gravidade, a areia torna-se mais fofa – e potencialmente mais perigosa para os veículos.

Em seguida, os pesquisadores disseram que planejam investigar o comportamento competitivo entre a gravidade e as forças adesivas que atuam nas partículas de areia em condições de baixa gravidade.

“As características do fluxo dependente da gravidade e da densidade aparente da areia podem ser usadas como base para um modelo mecânico e conjunto de parâmetros necessários para prever a interação entre máquinas e regolito sob baixa gravidade”, disse Ozaki, explicando que tal informação forneceria as informações básicas necessárias para prever melhor como o comportamento da mídia superficial pode influenciar as interações com os veículos.