O CNES está se preparando para viajar em Phobos!

A lua Fobosen orbita Marte. Créditos ESAESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO
A agência japonesa deu luz verde oficial para o desenvolvimento da missão “Martian Moon Exploration” (MMX). Entrevistamos dois membros da equipe do CNES, que estão trabalhando na louca participação franco-alemã no projeto: vá passear de Phobos!

Lua marciana quem?

Ela se tornará uma das missões espaciais mais esperadas da próxima década … E você ainda não ouviu falar dela? Isso é normal, pois a MMX (Martian Moon eXploration) ainda está em preparação, e não possui a força de ataque de comunicação da NASA. É o Japão, por meio de sua agência JAXA, que lidera o projeto. No mês passado, este autorizou as equipes a passarem para a próxima fase de desenvolvimento, com vistas à decolagem em 2024. Destino? As duas luas de Marte.
Primeiro, Phobos, que a missão começará pairando muito de perto e mapeando. A MMX então pousará lá e tentará coletar algumas amostras preciosas na superfície antes de partir. Ela irá então estudar Deimos, o menor dos dois satélites naturais de Marte, com todos os seus instrumentos, mas sem pousar lá. Ao final de sua missão, a sonda se dividirá em duas, e um módulo de retorno se encarregará de trazer de volta os poucos gramas de matéria para que possam ser estudados em laboratórios na Terra. Uma missão com um perfil extraordinariamente ambicioso … E essa cooperação franco-alemã vai enlouquecer ainda mais. De fato, durante seu estudo de Phobos, a MMX lançará um pequeno veículo espacial de quatro rodas, para um verdadeiro salto para o desconhecido.
Gabriel Pont (responsável pelo tema “Exploração” deste projeto) e Simon Tardivel (responsável pela missão e análise científica) fazem parte da equipa especial do CNES que cuida deste robô. Uma força-tarefa realmente reforçada - no espaço, dizemos “equipe central” - que também envolve especialistas de nossa agência espacial.
Impressão artística do pequeno rover MMX. Infelizmente a agência não permitiu a divulgação de outras imagens do robô. Créditos CNES / DLR

O desafio de Phobos

Por enquanto, as equipes estão em uma verdadeira corrida contra o tempo. Os franceses e alemães devem realmente entregar o jipe ​​ao Japão em 2023, um prazo muito curto, enquanto o projeto de alguns equipamentos acaba de ser concluído. O pequeno robô ainda nem tem um nome oficial… “Mas o maior desafio é Phobos! », Explica a equipe. Para começar, é impossível saber com antecedência como será o local de pouso. A missão MMX primeiro examinará Phobos em detalhes para descobrir em qual zona lançar o rover franco-alemão, antes de liberá-lo a uma altitude de menos de 100 metros, não muito longe do local planejado para então colher amostras.
“Não sabemos como é o regolito de Fobos, essa camada de poeira e grãos em sua superfície, detalhistas. Após o lançamento, o rover certamente executará vários saltos, antes de se estabilizar, e então ficará no lado seguro usando suas quatro "pernas" para girar e reorientar. Nós até demos duas pequenas abas nas laterais para o caso de ele acabar caído de lado. Ele se levantará e abrirá seus painéis solares, então se inclinará para o lado do sol para recuperar o máximo de energia possível. Tudo isso será feito em completa autonomia no solo de Fobos, pois a sonda MMX terá que subir logo após o lançamento, e o atraso da comunicação Terra-Marte não nos permitirá pilotá-la com eficácia.Não saberemos se o rover conseguiu endireitar e lançar seus painéis até cerca de sete horas depois, quando a sonda voltará à visibilidade do rover ”. Uma demora interminável para as equipes do CNES na França e do DLR na Alemanha, que terão preparado cuidadosamente o pequeno robô para este preciso momento.
Uma das melhores fotos de Fobos disponíveis. Créditos NASA / JPL-Caltech / Universidade do Arizona

Dom francês, Deutsche Qualität

Não é a primeira vez que as duas agências trabalham juntas para projetar um veículo espacial, pelo contrário! Com base no sucesso da Philae em 2014 e da Mascot em 2018, as duas agências dividiram o trabalho entre elas. “O rover é dividido em seis grandes módulos: os alemães cuidam do chassi (carroceria e proteção dos instrumentos científicos), mobilidade com as rodas e motores e o mecanismo de separação com a sonda MMX. Pela nossa parte, gerimos os painéis solares e o seu mecanismo de abertura, a comunicação entre os dois veículos e o módulo de serviço. Este último inclui o computador de bordo, a fonte de alimentação, as baterias, a unidade de controle de atitude e o que trocar dados com a sonda ”.
Para além desta distribuição, não devemos esquecer os quatro instrumentos científicos no centro da missão, nomeadamente uma câmara de navegação estéreo dupla NavCam, duas pequenas câmaras que ficarão apontadas para o solo para observar a interação entre as rodas e o sol (WheelCam), um mini espectrômetro Raman e um radiômetro infravermelho.

Phobos, nunca visto antes

A missão do rover será progressiva. Se seu pouso for bem-sucedido, uma primeira etapa já estará validada. Porque o MMX rover é um “batedor, um demonstrador e um explorador”, nessa ordem. Depois de colocadas, as fotos que ela fará serão de capital importância, não só para o estudo de Fobos, mas também para a própria missão da MMX, que ainda terá que pousar para coletar suas amostras. “Nessa escala, orbitar ou mesmo aproximar-se do solo não é suficiente: é preciso ver os grãos para caracterizar verdadeiramente o regolito. A mecânica da mídia granular é muito complexa e depende muito da experiência para entender a dinâmica dominante em ação em uma determinada configuração. Com o rover, tiraremos fotos com resolução de 100 µm com o WheelCams,fotos com resolução de 1 mm com NavCams, tudo ao longo de cem metros ”. Este é um estudo mais completo de todo o local do que a própria sonda MMX será capaz de fazer, especialmente antes de descer para coletar amostras (nesse ponto, também fará instantâneos de alta resolução).
Os três módulos principais da sonda MMX japonesa. Créditos JAXA

Mecânica do desconhecido

Então, e este será um grande primeiro, o MMX rover tentará rolar. Embora isso possa parecer óbvio, deve-se lembrar que esse movimento até agora só foi realizado em corpos de gravidade relativamente alta (a Terra, Marte, a Lua). Para esta missão, tudo será diferente, confirma Simon Tardivel: “Em corpos pequenos, o comportamento de um rover é desconhecido. A gravidade em Fobos é até 3.000 vezes mais fraca do que na Terra, então nossos movimentos terão que ser muito mais lentos para não correr o risco de sair da estrada … Planejamos rolar o rover em torno de apenas 1 mm por segundo. A vantagem é que dá ao nosso computador de bordo muito tempo para pensar e planejar enquanto rola, e podemos fotografar o terreno em movimento ”.
Testar a mobilidade e o controle do pequeno robô será um ponto chave da missão, e a gravidade extremamente baixa apresenta desafios únicos. Os movimentos do rover, por exemplo, serão amplamente dependentes da coesão do solo. Mas essa física também tem efeitos benéficos: para seu pouso em Fobos, o rover não terá problemas em sobreviver a uma queda de várias dezenas de metros sem equipamento de proteção (os pequenos robôs Spirit e Opportunity, por exemplo, foram equipados com impressionantes airbags). "Nenhuma espaçonave sobreviveria a uma queda dessas na Terra ou em Marte", disseram membros da equipe.

Muitas surpresas

“Se pudermos provar que podemos rodar em Phobos, isso será um grande sinal para as missões que estão por vir. Porque assim poderemos andar em todos os corpos onde a gravidade é mais forte: Ceres ou Vesta, as luas de Júpiter ou os satélites de Saturno… ”A demonstração terá uma grande audiência e a equipa do CNES está bem ciente disso. Os pesquisadores esperam poder rolar entre 30 e 100 metros na superfície, durante uma missão nominal de três meses, sabendo muito bem que sempre há surpresas, geralmente na forma de desafios inesperados …
Tanto mais que é impossível, na Terra, simular corretamente o comportamento do solo, cuja coesão e composição desconhecemos, exceto em um computador. “Por enquanto, temos que nos contentar com simulações muito detalhadas nas quais modelamos as interações entre cada grão, mas isso não é o ideal”, confirmam Simon Tardivel e Gabriel Pont. Testes em recinto fechado, em torres, em piscinas, em voo parabólico, a equipa procurou, em vão, os meios para reproduzir as condições de Fobos: o verdadeiro teste vai decorrer no local. “Também é um teste muito bom para nossos modelos digitais”, explicam os engenheiros. Caso não prevejam o comportamento correto, teremos que questionar nossas conquistas e, portanto, revisitar as teorias atuais ”.
Fobos em cores. Desejos de aventura? Crédito: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

Robô contra teorias

Finalmente, com seus instrumentos, o rover MMX poderá estudar o seu ambiente o máximo possível. Esta é uma missão importante, já que a sonda pousará nas proximidades para coletar suas amostras. "As medições serão utilizadas para caracterizar o regolito (para nós do CNES, este é o principal objetivo científico) com sua composição e seu comportamento, mas serão utilizadas também contexto para as equipes que irão analisar os grãos de matéria de Fobos vários anos depois, quando a cápsula retornar à Terra ”. Existem várias teorias sobre a formação de Fobos, como a de um impacto gigante, uma captura de asteróide ou mesmo uma co-formação, e os dados do rover sem dúvida fornecerão mais informações.
Cada dia (que dura cerca de 8 horas) a deslocação na maior lua de Marte será uma nova vitória, mas a equipa do CNES espera que o veículo sobreviva 100 dias, podendo ser colocado no final da sua missão de forma a "Filme" a chegada da sonda MMX para sua coleta de amostras. E se tudo funcionar perfeitamente e sobrar um pouco de tempo (a sonda deve ser capaz de retransmitir os dados para a Terra)? Os engenheiros já têm algumas ideias em suas cabeças: “Uma vez que nossos objetivos sejam alcançados, o rover pode correr mais riscos. Uma de nossas ideias é tentar escavar a subsuperfície cada vez mais profundamente com as rodas e as pernas (para assim se enterrar). Uma foto fantástica seria observar um solo diferente abaixo da superfície,uma mudança de cor ou material ”.

Derrote o Kraken

Até lá, a equipa está bem ciente disso, ainda há um longo caminho a percorrer. Será necessário dar o melhor até a decolagem, mas também depois … E confiar nos parceiros japoneses para superar o destino: todas as missões que até agora tentaram ir estudar Fobos ou Deimos acabaram de fato em fracassos amargos . “A maior parte das dificuldades recai sobre seus ombros, porque toda a missão é particularmente ousada. De nossa parte, damos os passos um após o outro, tentando manter o foco no essencial e mantê-lo o mais simples possível ”.
Um espírito de conquista, uma equipa fechada que quer enfrentar desafios e ousadia de frente e … grandes riscos? Claro, existem muitas incógnitas, mas qualquer missão de exploração é arriscada, a menos que você fique em casa e aproveite o que aprendeu. Preferimos fazer como o CNES e tentar andar em Phobos.
Entrevista: EB. para The-HiTech.net.