Depois de provar que um helicóptero consegue voar em Marte, a NASA prepara um passo ainda mais ambicioso: usar aeronaves para procurar água congelada escondida sob a superfície do planeta. A missão SkyFall deverá levar três helicópteros à região marciana e, entre os equipamentos científicos, haverá uma tecnologia pouco convencional: uma antena de radar feita com tecido metalizado e capaz de se dobrar durante os pousos.
A solução pode parecer simples, mas resolve um dos problemas mais delicados da missão. Os helicópteros precisarão voar muito próximos do solo para investigar os primeiros metros do regolito, justamente uma região difícil de estudar a partir de orbitadores.
Uma busca por gelo a poucos metros da superfície
O principal objetivo do radar será localizar depósitos rasos de gelo de água, recurso considerado estratégico para futuras explorações humanas. Embora instrumentos orbitais consigam identificar grandes concentrações de gelo em profundidades maiores, depósitos localizados nos primeiros metros podem passar despercebidos.
Por isso, os helicópteros SkyFall utilizarão radar de penetração no solo, capaz de enviar ondas eletromagnéticas para o terreno e analisar os sinais refletidos pelas diferentes camadas subterrâneas.
O sistema trabalhará em uma faixa extremamente ampla, entre 500 e 2.500 MHz. As frequências mais baixas conseguem alcançar maiores profundidades, enquanto as mais altas oferecem informações mais detalhadas sobre as camadas próximas à superfície.
A estratégia é particularmente importante porque o gelo superficial poderia ser mais acessível para futuras missões que precisem produzir água, oxigênio e até combustível a partir dos recursos disponíveis em Marte.
O desafio estava escondido em uma antena de apenas alguns centímetros
O problema é que uma antena convencional adequada para essas frequências teria aproximadamente 48 centímetros de comprimento. Entretanto, os helicópteros precisarão operar com uma distância de apenas cerca de 15 centímetros entre a estrutura inferior e o terreno.
Uma antena rígida simplesmente não funcionaria nesse cenário.
A equipe optou então por adaptar o conceito de uma antena Vivaldi, um modelo conhecido por operar em uma ampla faixa de frequências. A versão desenvolvida para SkyFall foi miniaturizada e transformada em uma estrutura flexível.
O componente utiliza:
- tecido metalizado para conduzir os sinais;
- camadas de poliéster e Vectran para resistência;
- elementos de fibra de vidro para ajudar na recuperação da forma;
- uma estrutura leve de magnésio.
O conjunto pesa aproximadamente 150 gramas, pouco mais do que dois arcos de violino.
A antena precisa sobreviver a pousos, frio extremo e deformações
A engenharia fica ainda mais interessante durante o pouso. Como a antena é mais comprida que as pernas do helicóptero, ela precisa se dobrar para o lado quando a aeronave toca o solo.
Se houver uma rocha no ponto de pouso, a deformação pode ser ainda maior. Depois, quando o helicóptero voltar a subir, a antena precisa recuperar sua posição original para que o radar consiga realizar novas medições.
Para verificar essa resistência, engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL) realizaram testes de flexão, variações de temperatura e avaliações eletromagnéticas. O protótipo também foi submetido a condições mais severas do que aquelas esperadas durante a missão.
Os testes indicaram que a antena conseguiu suportar o equivalente a 200 pousos simulados, o dobro do número considerado necessário para sua missão principal, sem perda de desempenho do sinal. Ainda assim, o equipamento precisará passar por novas etapas antes de ser considerado qualificado para voo.
SkyFall pode ampliar a capacidade de explorar Marte pelo ar
A proposta nasce diretamente do legado do Ingenuity, que realizou 72 voos em Marte ao longo de quase três anos e demonstrou que aeronaves podem operar de forma controlada na atmosfera extremamente rarefeita do planeta.
Agora, o SkyFall pretende transformar essa capacidade aérea em uma ferramenta científica. Os três helicópteros terão instrumentos para estudar o terreno, o ambiente e possíveis fontes de gelo, permitindo investigar áreas que seriam difíceis ou demoradas de alcançar apenas com veículos terrestres.
A missão está prevista para ser lançada no fim de 2028, a bordo da Space Reactor-1 Freedom, uma espaçonave que a NASA planeja utilizar para demonstrar propulsão elétrica nuclear no espaço profundo e transportar o conjunto SkyFall até Marte.
Se as próximas etapas forem bem-sucedidas, uma pequena antena flexível poderá desempenhar um papel importante em uma das maiores questões da exploração marciana: onde está a água que poderá sustentar futuras missões humanas?
