Os rovers espaciais robóticos continuam presos. Os engenheiros descobriram o porquê

Quando um veículo extraterrestre multimilionário fica preso em areia ou cascalho macia-como o espírito do marte Rover em 2009-os engenheiros de terra assumiram o controle como um caminhão de reboque virtual, emitindo uma série de comandos que movem sua roda ou revertem seu curso em um esforço delicado e demorado e demorado para liberar e continuar a missão exploratória.

Enquanto o espírito permaneceu permanentemente preso, no futuro, melhores testes de terreno aqui em Terra Firma poderiam ajudar a evitar essas crises celestes.

Usando simulações de computador, os engenheiros mecânicos da Universidade de Wisconsin -Madison descobriram uma falha na forma como os rovers são testados na Terra. Esse erro leva a conclusões excessivamente otimistas sobre como os rovers se comportarão assim que forem implantados em missões extraterrestres.

Um elemento importante na preparação para essas missões é uma compreensão precisa de como um veículo espacial atravessará superfícies extraterrestres em baixa gravidade para impedir que ela fique presa em terrenos macios ou áreas rochosas.

Na lua, a atração gravitacional é seis vezes mais fraca do que na terra. Durante décadas, os pesquisadores que testam os rovers foram responsáveis por essa diferença de gravidade, criando um protótipo que é o sexto da massa do veículo espacial. Eles testam esses veículos leves nos desertos, observando como ela se move através da areia para obter informações sobre como ela se funcionaria na lua.

Acontece, no entanto, que essa abordagem de teste padrão ignorou um detalhe aparentemente inconseqüente: a atração da gravidade da Terra na areia do deserto.

Através da simulação, Dan Negrut, professor de engenharia mecânica da UW – Madison, e seus colaboradores determinaram que a gravidade da Terra se abaixa na areia muito mais fortemente do que a gravidade em Marte ou a lua. Na Terra, a areia é mais rígida e solidária – reduzindo a probabilidade de mudar sob as rodas de um veículo. Mas a superfície da lua é “mais fofa” e, portanto, muda com mais facilidade – os veículos que os vegetais têm menos tração, o que pode prejudicar sua mobilidade.

“Em retrospecto, a idéia é simples: precisamos considerar não apenas a atração gravitacional do veículo espacial, mas também o efeito da gravidade na areia para obter uma imagem melhor de como o veículo espacial se apresentará na lua”, diz Negrut. “Nossas descobertas ressaltam o valor do uso da simulação baseada em física para analisar a mobilidade rover em solo granular”.

A equipe recentemente detalhou suas descobertas no Journal of Field Robotics.

A descoberta dos pesquisadores resultou de seu trabalho em um projeto financiado pela NASA para simular o Rover Viper, que havia sido planejado para uma missão lunar. A equipe alavancou o Project Chrono, um mecanismo de simulação de física de código aberto desenvolvido na UW-Madison em colaboração com cientistas da Itália. Este software permite que os pesquisadores modelem com rapidez e precisão sistemas mecânicos complexos-como rovers em tamanho real operando em superfícies de areia ou solo “mole”.

Ao simular o Rover Viper, eles notaram discrepâncias entre os resultados dos testes baseados na Terra e suas simulações da mobilidade do rover na lua. Cavar mais profundamente com simulações de crono revelou a falha de teste.

Os benefícios desta pesquisa também se estendem muito além da NASA e das viagens espaciais. Para aplicações na Terra, o Chrono tem sido usado por centenas de organizações para entender melhor sistemas mecânicos complexos-desde relógios mecânicos de precisão aos caminhões e tanques do Exército dos EUA que operam em condições off-road.

“É gratificante que nossa pesquisa seja altamente relevante para ajudar a resolver muitos desafios de engenharia do mundo real”, diz Negrut. “Estou orgulhoso do que realizamos. É muito difícil como um laboratório universitário lançar software de força industrial usada pela NASA”.

O Chrono está gratuito e disponível publicamente para uso sem restrições em todo o mundo, mas a equipe UW -Madison coloca um trabalho contínuo significativo para desenvolver e manter o software e fornecer suporte ao usuário.

“É muito incomum na academia produzir um produto de software nesse nível”, diz Negrut. “Existem certos tipos de aplicações relevantes para a NASA e a exploração planetária, onde nosso simulador pode resolver problemas que nenhuma outra ferramenta pode resolver, incluindo simuladores de enormes empresas de tecnologia, e isso é emocionante”.

Como Chrono é de código aberto, Negrut e sua equipe estão focados em inovar e aprimorar continuamente o software para permanecer relevante.

“Todas as nossas idéias estão em domínio público e a competição pode adotá -las rapidamente, o que nos leva a seguir em frente”, diz ele. “Tivemos a sorte da última década por receber apoio da NSF, Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA e da NASA”.

Os co-autores do artigo incluem Wei Hu da Universidade de Shanghai Jiao Tong, Pei Li de Uw-Madison, Arno Rogg e Alexander Schepelmann da NASA, Samuel Chandler da Protoinnovations, LLC e Ken Kamrin, do MIT.