Segredos de engenharia e tecnologia do helicóptero Ingenuity, que está em Marte

Em 18 de fevereiro, o rover Perseverance pousou com sucesso na cratera Jezero, em Marte. Em sua “barriga”, há o pequeno helicóptero Ingenuity, que está equipado com rotores de fibra de carbono de 1,2 m de extensão e pesa cerca de 1,8 kg. Se tudo correr bem, o Ingenuity irá se tornar o primeiro helicóptero a voar em Marte — na verdade, em qualquer outro planeta além da Terra.

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A construção do Ingenuity começou há seis anos, e os engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL), da NASA, tiveram que enfrentar o desafio de construir uma aeronave leve, mas que fosse poderosa o suficiente para voar pela atmosfera de Marte, que tem apenas 1% da densidade de atmosfera terrestre. O Ingenuity é, na verdade, uma demonstração de tecnologia, ou seja, um teste com o objetivo de verificar uma nova forma de voar no Planeta Vermelho.

A ideia não é realizar estudos científicos como o Perseverance vai fazer para buscar possíveis sinais de formas de vida antiga em Marte, mas sim mostrar ser possível voar por lá e coletar dados necessários para futuras gerações de aeronaves com rotores. Por enquanto, o helicóptero ainda está preso ao Perseverance para se manter protegido, e deverá ficar assim de 30 a 60 dias. Depois, ele terá um mês marciano — ou seja, 31 dias terrestres — para entrar em ação.

Saiba mais sobre as tecnologias por trás do Ingenuity:

Tecnologias comerciais

Como é uma demonstração de tecnologia, o JPL aceita correr um pouco mais de riscos. Apesar de ter alguns componentes mais resistentes a impactos e aos efeitos da radiação em Marte, a maior parte da tecnologia do Ingenuity é de nível comercial — o processador que o equipa, por exemplo, é um Snapdragon 801 da Qualcomm, o mesmo que é usado em alguns celulares.

Isso traz algumas vantagens: por ser moderno, é até mais poderoso que os processadores do próprio rover. Além disso, o processador permitiu resolver o problema do peso: como os rotores precisam de potência, uma bateria grande para alimentá-los iria deixar o helicóptero pesado demais. Por isso, a solução foi utilizar processadores com grande eficiência energética.

Navegar é preciso 

O Ingenuity está equipado com um altímetro a laser para mensurar altitudes, uma câmera VGA e um IMU, dispositivo que mede a força específica de um corpo, sua taxa angular e, às vezes, a orientação. Para navegar em Marte, as formações observadas serão comparadas quadro a quadro para que a equipe possa rastrear a posição relativa do Ingenuity e, assim, definir a direção e velocidade dele, o que permite a navegação: "tudo é feito por estimativas de posição, ao contrário de memorizar formações ou criar um mapa", diz Tim Canham, líder de operações do Ingenuity.

O helicóptero conta também com um inclinômetro, que vai estabelecer a inclinação do solo na decolagem, junto de uma câmera que tira fotos coloridas para fazer alguns registros quando os voos acontecerem. Para garantir que vai se manter na trajetória, o helicóptero vai usar dados dos processadores.

O Ingenuity voa de forma autônoma?

Sim e não. Na verdade, a equipe produz uma série de comandos, que depois é carregada na forma de um arquivo ao helicóptero para a execução: "quando queremos que o helicóptero voe, dizemos para ir, enquanto o software de guia assume e executa a decolagem, o deslocamento e o pouso", explica ele.

Assim, os voos são planejados de forma bem específica, de modo que o helicóptero não tem autonomia completa, apesar de ser considerado autônomo de certa maneira. É que, quando estiver voando, o Ingenuity vai tentar se manter na trajetória desejada aí sim de forma autônoma.

Como serão os voos?

O Ingenuity vai ter uma janela de 30 dias para realizar sua missão, cujo objetivo principal é realizar um primeiro voo. Somente se tudo correr bem é que a equipe espera realizar manobras um pouco mais ousadas em outras tentativas de voos, como voar em círculos ou ir um pouco mais longe. Contudo, depois que se passarem os 30 dias da janela, o Perseverance vai seguir em sua missão primária; ou seja, a equipe vai ter que realizar os procedimentos neste período.

O software e o sistema escolhidos

Pela primeira vez, a equipe utiliza o sistema Linux por lá. A estrutura de software utilizada é a mesma que foi desenvolvida para instrumentos e satélites, e foi disponibilizada como open-source há alguns anos. Assim, tanto o sistema operacional quanto a estrutura do software de voo são open-source, e podem ser adquiridos sem custos por quem quiser usá-las em seus inventos.

Fonte: IEEE Spectrum, San Diego Union Tribune