Esses projetos de estudantes da Caltech podem ajudar a construir uma base lunar

Para aqueles que sonham em construir uma base na Lua, um grande desafio de engenharia é descobrir como mover rovers, gelo e outras cargas através de terrenos traiçoeiros e para fora de crateras lunares íngremes e irregulares.

“A maioria dos cenários de base lunar que a NASA está considerando envolvem tentar viver em uma cratera ou colocar coisas dentro e fora das crateras”, diz Lucas Pabarcius, estudante do terceiro ano da Caltech, que lidera a Arquitetura Lunar para Travessia de Árvores em serviço. da equipe Cable Exploration (LATTICE). “E isso é um desafio extremo de locomoção porque essas paredes de crateras têm quilômetros de comprimento e inclinações de 30 a 40 graus.”

A equipe LATTICE está agora projetando um sistema robótico modular autoimplantável para transportar gelo e outros ativos para dentro e para fora dessas crateras. O sistema, que funcionaria como uma tirolesa na Lua, crava estacas no solo, prende cabos às estacas e transporta carga através dos cabos em ônibus robóticos. LATTICE estava entre os sete finalistas do Desafio de Ideias Inovadoras, Inovadoras e Revolucionárias (BIG) de 2022 da NASA, e sua equipe de 60 membros era a única composta inteiramente por estudantes de graduação.

A parte mais projetada do LATTICE são os ônibus que andam nos cabos, explicou Pabarcius. Eles são capazes de transportar cargas úteis significativamente maiores em relação à sua massa e a velocidades mais rápidas do que as alcançadas por rovers lunares comparáveis, ao mesmo tempo que sobem e descem encostas íngremes. Os ônibus também produzem a tensão necessária para se levantarem do chão e manterem a tração em sua jornada, usando atuadores compactos que podem produzir tanto torque quanto os carros de corrida de Fórmula 1. O mecanismo operacional do ônibus espacial foi desenvolvido pela equipe do zero e está em processo de patenteamento.

LATTICE segue o projeto finalista do BIG Idea 2021 da Caltech, o Habitat Orientable & Modular Electrodynamic Shield (HOMES), que se concentra no problema da poeira lunar. “A poeira lunar é incrivelmente abrasiva”, diz o líder da equipe HOMES, Malcolm Tisdale, que também está no terceiro ano de graduação da Caltech. “Suas propriedades o tornam um grande problema para qualquer tipo de sistema projetado na Lua.”

HOMES emprega ladrilhos quadrados modulares que podem se encaixar para formar uma proteção eletrodinâmica contra poeira. Os fios dentro das telhas geram um campo elétrico que se estende pelas superfícies das telhas e repele as partículas de poeira. Variando ou alternando a corrente nos fios, ou alterando a orientação das telhas, o HOMES pode controlar a remoção de poeira. “Parece mágica”, diz Tisdale. “A poeira simplesmente levita para um lado.”

Em novembro passado, a equipe LATTICE testou um protótipo em pequena escala de seu sistema em um deserto no Vale de Lucerna, na Califórnia. A equipe estava especialmente interessada no desempenho do sistema de cravar estacas no solo. As estacas funcionam como pontos de ancoragem para os cabos sobre os quais viajam os ônibus de transporte de carga.

“O LATTICE teve um desempenho melhor do que esperávamos”, diz Pabarcius. “Tivemos que projetar um sistema que fosse leve e que também pudesse cravar essas hastes no solo com baixa potência, por isso é bastante lento por causa disso. O mais notável é que parece que nada está acontecendo, mas então você vai embora e volta 15, 20 minutos depois, e a estaca está enterrada. Isso é bem legal."

Tisdale e Pabarcius elogiaram seus mentores do Caltech e do JPL, que dizem estar sempre dispostos a resolver problemas com os alunos e fornecer aconselhamento técnico. Um desses mentores foi Soon-Jo Chung, Bren Professor de Controle e Sistemas Dinâmicos na Caltech e cientista pesquisador sênior do JPL.

“Foi uma alegria trabalhar com nossos alunos”, diz Chung. “Os alunos do Caltech estão muito ocupados fazendo cursos e não recebem créditos extras por participarem desses projetos. Eles exigem muito tempo, então os alunos têm que ser muito dedicados.”

O próprio laboratório de Chung também está de olho na lua. Sua equipe está desenvolvendo um “algoritmo de coordenação multiagente” que poderia permitir que vários rovers e drones na Lua ou em Marte sincronizassem seus movimentos e compartilhassem dados sensoriais. “É realmente uma tecnologia de enxame”, diz Chung. “Nosso objetivo é empregar esses novos algoritmos de autonomia para a exploração lunar.”