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

“A maioria dos cenários de bases lunares que a NASA está considerando envolve tentar viver em uma cratera ou colocar coisas dentro e fora de crateras”, diz Lucas Pabarcius, estudante do terceiro ano da Caltech, que lidera o Lunar Architecture for Tree Traversal em serviço. da equipe de Cable Exploration ( LATTICE ). “E isso é um desafio de locomoção extremo porque essas paredes de crateras têm quilômetros de extensão e inclinações de 30 a 40 graus.”.

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

A parte mais projetada do LATTICE são os ônibus espaciais que andam nos cabos, explicou Pabarcius. Eles são capazes de transportar cargas significativamente maiores em relação à sua massa e em velocidades mais rápidas do que podem ser alcançadas por rovers lunares comparáveis, enquanto sobem e descem encostas íngremes. Os ônibus também produzem a tensão necessária para se levantar do solo e manter a tração em sua jornada usando atuadores compactos que podem gerar tanto torque quanto os carros de Fórmula 1. O mecanismo de funcionamento do vaivém foi desenvolvido de raiz pela equipa e encontra-se em processo de patenteamento.

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

HOMES emprega ladrilhos quadrados modulares que podem se encaixar para formar um escudo contra poeira eletrodinâmico. Os fios dentro das telhas geram um campo elétrico que se estende pela superfície das telhas e repele as partículas de poeira. Variando ou alternando a corrente nos fios, ou mudando a orientação das telhas, o HOMES pode controlar a remoção de poeira. “Parece mágica”, diz Tisdale. “A poeira apenas 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 Lucerne, na Califórnia. A equipe estava especialmente interessada no desempenho do sistema de cravação de estacas no solo. As estacas funcionam como pontos de ancoragem para os cabos por onde passam as lançadeiras de transporte de carga.

“O LATTICE se saiu 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, então é realmente muito lento por causa disso. O incrível é que parece que não está acontecendo nada, mas aí você vai embora e volta 15, 20 minutos depois, e a estaca está fincada. Isso é bem legal."

Tisdale e Pabarcius elogiaram seus mentores no Caltech e no JPL, que dizem estar sempre dispostos a resolver problemas com os alunos e fornecer aconselhamento técnico. Um desses mentores foi Soon-Jo Chung, professor Bren de controle e sistemas dinâmicos na Caltech e cientista sênior de pesquisa do JPL.

“Foi uma alegria trabalhar com nossos alunos de graduação”, diz Chung. “Os alunos da Caltech estão muito ocupados fazendo cursos e não recebem crédito extra por participar 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 pode permitir que vários rovers e drones na Lua ou em Marte sincronizem seus movimentos e compartilhem dados sensoriais. “É realmente uma tecnologia de enxame”, diz Chung. “Nosso objetivo é empregar esses novos algoritmos de autonomia para a exploração lunar.”

A LATTICE ganhou o prêmio de conceito mais visionário do BIG Idea Challenge de 2022, e seu desenvolvimento continua na Caltech. Pabarcius e Tisdale estão otimistas de que alguma versão do sistema possa um dia ser implantada na lua – ou além. “A coisa realmente empolgante sobre o LATTICE é que ele é uma arquitetura geral”, diz Pabarcius. “Não estamos presos a nenhuma implementação específica porque, dependendo de quais são seus objetivos, é super fácil de adaptar.”

Como a poeira é um problema comum na exploração planetária, as HOMES também podem ser modificadas para uma variedade de propósitos. Por exemplo, a sonda InSight Mars da NASA foi forçada a encerrar sua missão no ano passado, quando o excesso de poeira em seus painéis solares impediu a recarga. Tisdale acha que o HOMES pode ajudar a prevenir situações semelhantes. “A mesma tecnologia exata, com alguns ajustes de geometria, funcionaria em Marte”, diz ele.

Chung diz que LATTICE e HOMES representam “conceitos muito, muito avançados que podem moldar o futuro da exploração lunar”. Os projetos ilustram, acrescenta ele, como o Caltech tem um impacto tão grande na exploração planetária, em parte devido ao pequeno tamanho do Instituto. “O que cada membro do corpo docente e aluno faz realmente tem um peso enorme aqui”, diz Chung.