Especial: dirigindo as sondas marcianas

Uma volta na Curiosity e na Opportunity, as sondas da NASA em Marte

Por John Pearley Huffman // Renderização: Nick Sotiriadis

Já faz dez anos desde que a Car and Driver foi ao Jet Propulsion Laboratory em Pasadena, na Califórnia, para aprender os fundamentos de operação das sondas de Marte da NASA. Isso foi em 2006, quando ainda não havia iPhone; Barack Obama era senador, e a Pontiac, a Hummer, a Saturn e a Mercury ainda existiam. Era um mundo diferente. Marte, por sua vez, não mudou muito.

Na época as sondas movidas por energia solar, Spirit e Opportunity, haviam sido enviadas a Marte por menos de três anos. Elas estavam ralando em rochas, escalando morros, desviando de pedregulhos e procurando água. Em outras palavras, estavam estudando. Mas agora estamos em 2016 e, por incrível que pareça, a Opportunity ainda está funcionando para nos ensinar muito sobre Marte e um pouco sobre direção automatizada — ainda que, se quebrar, a oficina mais próxima está a 400 milhões de quilômetros de distância.

“Quilômetros, não milhas”, diz John Wright, que tem graduação em computação e engenharia. “Aqui no JPL usamos o sistema métrico”. Wright tem vários diplomas, mas o que ele faz é dirigir os rovers de Marte. O JPL é onde as audácias da ciência são concebidas, mas também é onde o trabalho braçal espacial é realizado. Seus engenheiros projetam os veículos semiautônomos e depois os enviam para outro planeta.

A gêmea da Opportunity, Spirit, tirou uma soneca marciana em 2010. A Sojourner, primeira sonda em Marte, pousou em 1997 e durou três meses antes de se tornar sucata em outro planeta. A Curiosity, a irmã mais nova, maior e movida a plutônio da Opportunity, está funcionando, porém ainda não chegou aos cinco anos. Ela é a velhinha sábia da exploração extraterrestre.

A Opportunity está cruzando o Plano Meridiano de Marte sobre suas seis rodas de alumínio desde janeiro de 2004. Ela é quase meio metro mais larga e 2,7 metros menor que um Mini Cooper, e tem motores elétricos em cada uma das rodas. Ela acelera seus 170 kg (na Terra; em Marte são 64 kg) de instrumentos científicos, braço de amostragem, baterias de íons de lítio, câmeras e computadores de controle à sua velocidade máxima de 0,13 km/h.

Quando fizemos a proposta para a missão dissemos: ‘Ok, vocês nos dão US$ 800 milhões e projetaremos duas sondas. Vamos projetá-las, enviá-las a Marte, pousá-las e dirigi-las por 90 dias, cada. Se vocês quiserem mais um dia, precisaremos de mais dinheiro’. Lógico que elas não foram construídas para durar apenas 90 dias”, explicou Wright. Isso seria uma sonda de US$ 3 milhões com uma taxa de envio de US$ 397 milhões.

Mesmo assim a Opportunity não foi construída para durar tanto assim. Ela está operando em Marte há 12 anos e nove meses (cerca de 4.780 sols, os dias marcianos). Ela já está muito fora da garantia, mesmo que tenha rodado pouco mais de 42 km.

Dirigir em Marte é realmente dirigir. Mas dependendo da mecânica da órbita, os sinais de rádio podem levar até 24 minutos para chegar lá, por isso é impossível movê-lo em tempo real. Em vez disso, a Opportunity é operada por um conjunto de instruções digitais composto em reuniões entre os cientistas que estudam o planeta e os pilotos das sondas.

“Normalmente mandamos um dia de atividades”, diz Wright. “Se os cientistas querem fazer algo, explicamos a eles o custo disso. O custo pode ser “Você quer dirigir até lá, mas não podemos ir direto até lá. Precisamos passar por aqui, depois ir até ali e chegar por trás… e isso levará cinco dias. Você quer mesmo gastar cinco dias para chegar lá?”


LINUX

Todos os dias a sonda envia um relatório à JPL. O relatório é verificado usando fotos de “odometria visual” para avaliar se o rover deslizou na areia marciana. As câmeras a bordo da sonda veem cerca de 50 m em detalhes, mas ficam borradas além disso. As fotografias estereográficas e óculos 3D revelam relevos indetectáveis em duas dimensões.

Cada movimento é distinto. Para virar, a Opportunity para, esterça e avança. Como alguns transistores são compartilhados com mais de uma função é impossível fazer duas coisas ao mesmo tempo. Simulações de computador são feitas no ambiente e rotas são montadas, encontrando novos caminhos diariamente. Dirigir em um vazio desconhecido pode fazer a sonda vagar sem rumo e torná-la sucata científica.

A sonda tem sensores e pode se guiar de acordo com as restrições de seu software.  “A Opportunity tem alguns comportamentos não determinantes porque dissemos algo como ‘preste atenção nas pedras e escolha uma rota segura’ e ela pode virar à esquerda/direita ou voltar e desistir”.

Os pilotos do JPL estão constantemente refinando o software gráfico baseado em Linux criado para controlar as sondas. Os comandos usados com maior frequência são feitos pressionando botões na tela, e muito do trabalho de mapeamento é acompanhado pelos movimentos do mouse. Pilotar a sonda significa refinar e executar simulações até que cada uma das pedras de Marte seja considerada. É o que esperamos.

“Eu estava pilotando a Opportunity há algumas semanas e ficamos estacionados em uma subida de uns 30°. Eles queriam subir cerca de 20 centímetros, então pudemos alcançar essa meta”, relembra Wright. “Patinamos por 20 metros e conseguimos apenas nove centímetros de progresso”.

Como qualquer veículo de 13 anos sem nenhuma manutenção, a Opportunity está detonada. A roda dianteira direita parou de esterçar há anos, então ela puxa para um dos lados. A sonda geralmente arrasta aquela roda quando anda de ré. A memória flash também desenvolveu alguns erros, por isso os pilotos precisam usar dados registrados na RAM, que é apagada quando a máquina é desligada. Ninguém dorme até que os dados diários tenham sido transmitidos.

Marte não tem GPS, nem estradas e praticamente nenhum campo eletromagnético para repelir a radiação. Durante o dia a temperatura pode chegar a 21º C, mas à noite ela cai para 70 graus abaixo de zero. Nenhuma máquina deveria durar nauele ambiente. Mas a Opportunity está lá há mais de dez anos, prosperando no ambiente mais severo do universo. Que continue assim.

PELE FINA


As rodas de alumínio da Opportunity estão em boa forma depois de 12 anos em Marte, mas sua irmã Curiosity desenvolveu alguns furos depois de quatro anos. Isso se deve a três fatores, explica Richard Rainen, engenheiro mecânico chefe da próxima sonda: as cargas sobre as rodas, o design das rodas e o terreno”.

Com 900 kg (na Terra), a Curiosity é cinco vezes mais pesada que a Opportunity, e os atuadores motrizes nas seis rodas podem gerar até 68 mkgf de torque. Mais peso e torque resultam em cargas maiores. As rodas das sondas são usinadas em alumínio 7075-T73 e têm 10,2” de diâmetro na Opportunity e 19,7 na Curiosity.

Mas a maior diferença no desgaste se deve ao fato de que a Curiosity pousou na Cratera Gale em um campo de rochas afiadas que rasgaram as rodas. A Opportunity deixa para trás uma pequena mancha em seu rastro, resultado dos furos dos parafusos de seu trem de pouso. E o rastro da Curiosity deixa para trás palavras em código Morse. 

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