A Exploração Espacial - Agrupamento de Escolas da Trofa

A Exploração Espacial
Uma introdução
Nuno Silva, 4 Janeiro 2013
Objectivo, Agenda e Organização
 Objectivo: sensibilizar os alunos para a indústria espacial
(desafios, utilidade, custos, oportunidades…)
 Agenda:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Percurso Pessoal
O ambiente cósmico
Foguetões
Automated Transfer Vehicle
Solar Orbiter
ExoMars Rover
 Perguntas no final de cada módulo
 Esta apresentação é para vocês!
 Não têm de se limitar ao tema apresentado, sobretudo no final
 Apresentação sem aplicação do AO 1990
4 Janeiro 2013 - 2
Percurso Pessoal




Escola Primária de Bairros: 1984-1988
Escola Preparatória da Trofa: 1988-1990
Escola Secundária da Trofa: 1990-1996
Instituto Superior Técnico (Lisboa): 1996-2001
 Engenharia Aeroespacial
 École Nationale Supérieure de l’Aéronautique et de
l’Espace (Toulouse): 2000-2001
 Ingénieur Supaero
 Astrium Space Transportation (Paris): 2001-2007
 Ariane 5 e Automated Transfer Vehicle (ATV)
 Astrium Satellites (Londres): desde 2008
 ExoMars Rover e Solar Orbiter
4 Janeiro 2013 - 3
O ambiente cósmico
 Diferente Aceleração da Gravidade
 Radiação Solar
 O Sol é uma central nuclear gigante (Tsuperfície~5500ºC)
 A potência do Sol é de 3.85x1026 W
 Se todos os recursos fósseis da Terra fossem gastos a
esse ritmo terminavam em 0.05s…
 O vento solar chega à Terra a ~450km/s com uma densidade
de ~9 protões/cm3
 As tempestades Solares são cíclicas (~11 anos) e
correspondem a um aumento destes níveis (rádio, gama, X)
4 Janeiro 2013 - 4
O ambiente cósmico
 À volta da Terra
 A Terra está a 1.5x108km do Sol, uma massa 3x10-6 mais pequena
que o Sol, possui atmosfera e campo magnético
 A fronteira da atmosfera com o espaço está a h~120km
 O campo magnético protege a superfície terrestre da radiação Solar
 A cintura de Van Allen são zonas fixas pelo campo magnético onde
electrões, protões e iões pesados estão presos
 Interno (máx) h ~ 1.3 a 3 RTerra
 Externo (máx) h ~ 4 a 5 RTerra
 Degradação de componentes
electrónicos, da performance
dos painéis solares e SEUs
4 Janeiro 2013 - 5
O ambiente cósmico
 Pressão
 A fronteira da atmosfera com o espaço está a h~120km
 Quando os constituintes se comportam isoladamente,
não é o “final” da atmosfera
 Para órbitas baixas (300-900km) a densidade é pequena
mas não insignificante
 Para a órbita geoestacionária (36000km) a densidade é a
mesma que no meio interplanetário (10-20 kg/m3)
 Portanto, o espaço geralmente assemelha-se a um vácuo
 A diferença de pressão entre a superfície terrestre e o
espaço exclui vários materiais devido à desgaseificação
 Ou porque o gaz preso dentro do material escapa, ou
porque o próprio material evapora
 Ex. borracha, cádmio, zinco, magnésio, PVC, tinta…
4 Janeiro 2013 - 6
O ambiente cósmico
 Temperatura
 Os veículos em órbita trocam energia com o meio
 Recebem radiação solar directa
 Recebem radiação reflectida por outros planetas (albedo)
 Recebem energia radiada por outros planetas
 Perdem energia por radiação para o espaço
 As faces expostas ao Sol ou planetas estão muito quentes
 As faces expostas ao escuro do espaço ficam muito frias
 É preciso equilibrar a temperatura por métodos activos ou
passivos, senão os equipamentos podem não funcionar.
“Cooler”
4 Janeiro 2013 - 7
O ambiente cósmico
 O lançamento (números Ariane 5)
 Níveis de ruído/vibrações de ~140dB
 Aceleração para atingir uma velocidade final
de 9.5km/s
 Acelerações da ordem de 4.5g
 Choques devido a vários eventos
(separações, ignições,…)
 Alta temperatura (fricção) até separação da
fairing/coiffe (“touca”)
 Queda de pressão com a altitude
 Ventos que perturbaram a trajectória e que
podem excitar a estrutura do foguetão
4 Janeiro 2013 - 8
O ambiente cósmico: exemplo das implicações
Vega
Ariane 5
4 x 1.4GHz
Processador Motorola 68020*
16 MHz
~1 a 2 MIPS
2Mb de memória
136.6 x 70.6 x 8.6 mm
133g
ATV
2 x 1.2GHz
123.8 x 58.6 x 7.6 mm
112g
Computador Pessoal ˃ GIPS
Solar Orbiter
20 MHz
260 x 260 x 278 mm
11 kg
ExoMars Rover (x2)
4 Janeiro 2013 - 9
Processador LEON2
100Mhz
84MIPS
Processador ERC32
~10 a 20 MIPS
16Mb de memória
Órbitas
Síncrona Solar
4 Janeiro 2013 - 10
O ambiente cósmico
 Perguntas?...
4 Janeiro 2013 - 11
Foguetões
•
•
•
•
•
•
•
•
•
4 Janeiro 2013 - 12
Família de foguetões
Lançamentos recentes
A família Ariane
Ariane 4
Ariane 5
Propulsão A5 & outros elementos
Trajectórias Ariane 5
Quanto custam os lançamentos?
Vídeos lançamentos Ariane 5
Família de foguetões
A5 Atlas Delta Falcon Soyuz Sea Shuttle Sat.
ES/ECA V
IV
9
todos launch
V
MGTO(ton)
8/10
5
13
7
3
6
5.9
N/A
MLEO(ton)
21
9
22.6
10.5
8.5
14
28.8
120
Nº voos
67
34
21
4
˃815
34
135
13
4 Janeiro 2013 - 13
Lançamentos nos últimos anos
16
Abril 2009-Setembro 2009
Outubro 2009–Março 2010
Abril 2010-Setembro 2010
Outubro 2010–Março 2011
Abril 2011-Setembro 2011
Outubro 2011–Março 2012
14
11
EUA
CHINA
EUROPA
ÍNDIA
 Poucos lançamentos são
JAPÃO
1%
RÚSSIA
EUA
1% 0%
25%
EUROPA
38%
ÍNDIA
JAPÃO
18%
2%
4%
9%
MULTI
RÚSSIA
COREIA
DO SUL
IRÃO
ISRAEL
1
Shavit
11
Safir 2
11
KSLV
1
Molniya
2
11
Zenit
Dnepr
Soyuz
33
22 22
2
1 11 11 1 1 1
CHINA
2%
4 Janeiro 2013 - 14
Proton
MULTI
comerciais
 A Europa lidera nos
lançamentos comercias
 Vários lançamentos são
institucionais e militares
1
Zenit-3SLB
1 11 1
2
1 1
Zenit-3SL
11
H-IIA
Vega
Soyuz 2
Ariane 5
Long March
1
2
1 1
H-IIB
2 22
1 11
GSLV
2
Pegasus XL
Falcon 9
Falcon 1
Taurus
Minotaur
Shuttle
Delta IV
Delta II
Atlas V
2 2
11
44
333 3
PSLV
4
3
333 3
33 3
2 2 2
22 2 2 22
2
11
11 111
1 11 1 11 1
Kosmos
5
Rockot
7
6
6 6 66
5 5
44
3
Soyuz 2
7
6
COREIA IRÃO ISRAEL
DO SUL
A família Ariane
 Datas em serviço
 Ariane 1: 1981-1986
 Ariane 2: 1986-1989
 Ariane 3: 1984-1989
 Ariane 4: 1988-2003
 Ariane 5: 1996 -…
 Ariane 1
 24.12.79: 1º teste em voo 
 Satélite de 1ton em GTO
 Foguetão de 3 andares
 2º teste falhou 
 Operacional desde 81, 11 voos
 Ariane 2 a 3: melhorias
 Ariane 3: 1º voo em 4.8.84
4 Janeiro 2013 - 15
Ariane 4
 Primeiro foguetão Europeu competitivo
 Concorrência Atlas e Delta (USA)
 Participação de 60 empresas e
11 países Europeus
 França continuou a liderar (€)
 Vantagens
 Altamente modular
 De 2100kg a 4720kg em GTO
 6 versões disponíveis
 Sucesso inegável
 Em escassos anos, A4 capturou
cerca de 60% do mercado mundial comercial de lançamentos
 Desde Março 1995 teve 73 sucessos consecutivos até ser
desactivado – record!
4 Janeiro 2013 - 16
Ariane 5
 Dados
 47 a 57m de altura
 5.4m de diâmetro
 Massalançamento: 750 a 780ton
 MassaGTO: 6.2 a 10ton
 MassaLEO: 16 a 21ton
 Propulsão: 1200 a 1300ton
 Estatísticas
 67 lançamentos
 2 falhanços: 1º de cada modelo
 2 sucessos parciais (502, 510)
4 Janeiro 2013 - 17
Propulsão Ariane 5 & outros elementos
 Étage d’Accélération à Poudre




90% da aceleração na descolagem (237.7ton)
Não podem ser apagados (ex. Challenger 1986)
Podem ser recuperados após o voo
Pólvora: 68% Perclorato de Alumínio (oxidante), 18%
Alumínio (redutor), 14% Polibutadeno (ligante)
 Étage Principal Cryogénique
 Enorme “termos” de 30.525m de altura, 5.458m de
diâmetro e massa de 12300kg vazia
 Reacção de Hidrogénio com Oxigénio
 26ton de H2 (-253ºC) e 132.5ton de O2 (-183ºC)
 Étage à Propergols Stockables
 Usado no Ariane 5 GS
 MonoMetilHidrazina e Tetróxido de Nitrogénio
 Étage Supérieur Cryotechnique
 Usado no Ariane 5 ECA
 Reacção de Hidrogénio com Oxigénio
4 Janeiro 2013 - 18
Trajectórias Ariane 5: órbitas GTO (1/2)
4 Janeiro 2013 - 19
Trajectórias Ariane 5: órbitas GTO (2/2)
 H0: lançamento
 H0+1s: ligar EPC
 H0+7.05s: ligar EAP
 H1: separação EAP
 FJ: separação “touca”
 H2: extinção e separação
EPC
 H3: extinção andar
superior
4 Janeiro 2013 - 20
16000
14000
Custo LEO (€/kg)
Custo GTO (€/kg)
Custo Lançamento (M€)
12000
10000
8000
Custo Lanlamento (M€)
18000
Custo (€/kg)
Quanto custam os lançamentos?
250
200
150
100
6000
4000
50
2000
0
0
Ariane 5
Atlas V
Delta IV
Falcon 9
Proton
Vega
 O Space Shuttle custaria US$450 milhões/voo (330M€),
mas outros dizem que custou ~US$1500 milhões/voo
 450M$ seria 11.5k€/kg para LEO e 56k€/kg para GTO
 13 voos do Saturno V custaram ~34mil M€
 Custo de 2.6 mil M€ por voo…
4 Janeiro 2013 - 21
Primeiro lançamento Ariane 5
4 Janeiro 2013 - 22
Lançamento do ATV1 (Jules Verne)
4 Janeiro 2013 - 23
 Perguntas?...
4 Janeiro 2013 - 24
http://www.arianespace.com
http://www.astrium.eads.net/en/programme/ariane-5.html
http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/311-ariane-5.php
http://www.esa.int/Our_Activities/Launchers/Launch_vehicles/Ariane_5
Automated Transfer Vehicle
•
•
•
•
•
•
•
•
•
4 Janeiro 2013 - 25
A missão do ATV
Como chegar até à ISS
O veículo: módulo de carga
Mecanismo de atracagem
O veículo: módulo de serviço
Números chave
Vídeo da atracagem – ATV 1
Vídeo da separação – ATV 2
Vídeo da reentrada – ATV 1
Missão ATV
 Suporte à ISS (Estação Espacial Internacional)
 Durante 6 meses desde a atracagem ao lado Russo
 Fornecer um suporte propulsivo: reboost, controlo de atitude,
descarregar CMGs (actuador giroscópico), evitar destroços espaciais
 Levar bens, água, gás e armazenar os resíduos da estação
 Abastecer a estação em combustível
4 Janeiro 2013 - 26
Missão ATV
 Garantir a segurança da ISS e da equipagem
 Desenho robusto incluindo função segregada MSU com uma CAM
 Sequência
 Lançamento pelo Ariane 5 e operações iniciais em órbita
 Voo orbital para alcançar a mesma órbita da ISS (“fasagem”)
 Rendez-vous (“encontro”) com a ISS e atracagem
 Fase “ligada” à ISS em que o ATV é parte integrante da estação
 Separação e afastamento da ISS, desorbitação e reentrada atmosférica
 Portanto o ATV é altamente automático mas flexível
CAM – Collision Avoidance Manoeuvre
MSU – Monitoring & Safing Unit
4 Janeiro 2013 - 27
Como chegar até à ISS
4 Janeiro 2013 - 28
O veículo – módulo de carga (1/2)
 O módulo de carga (ICC) contém
 Uma parte pressurizada EPM (Equipped Pressurised Module)
 Uma parte não pressurizada EEB (Equipped External Bay)
 Inclui o sistema Russo para atracagem, que permite as ligações
mecânicas, eléctricas, e de fluidos; mas também o acesso à tripulação
 Um escudo anti-meteoritos e anti-resíduos (MPDS) protege o módulo
 O Módulo Pressurizado é sobretudo dedicado à carga, mas também:




Equipamento para assegurar o ambiente vital para os Astronautas (ECLS)
Painel de controlo para água e gazes
Sistema Russo de atracagem e electrónica associada
Sistema Russo de controlo para a atracagem,
reabastecimento e interfaces eléctricas com a ISS
 Módulo de comando e monitorização, e apenas para o
Jules Verne, o radar Russo KURS para permitir aos
astronautas acesso a medidas independentes
4 Janeiro 2013 - 29
O veículo – módulo de carga (2/2)
 Na sua parte externa
 2 Telegoniómetros (monitorizar rdv) e 2 Videómetros (executar rdv)
 Posição e atitude relativas à ISS (menos de 250m da ISS)
 2 sensores estrelares (para saber atitude absoluta)
 2 miras com iluminação para vigilância por vídeo pelos astronautas
 8 motores para controlo de atitude (ACS) - total de 28 no ATV
 A antena KURS
 Um antena montada numa barra extensível
(ligação de proximidade ATV-ISS)
4 Janeiro 2013 - 30
Mecanismo de atracagem
4 Janeiro 2013 - 31
O veículo – módulo de serviço (1/2)
 O módulo de carga contém
 Uma zona para equipamento aviónico e uma zona para a propulsão
 A zona aviónica (EAB) contém
 4 baterias recarregáveis NiCd e 4 unidades de condicionamento e distribuição
de energia eléctrica (PCDU)
 1 computador de bordo tolerante a falhas com 3 unidades de tratamento
 Sensores para o piloto automático (acelerómetros e giroscópios)
 2 computadores em caso de falha do computador principal (MSU)
 Equipamentos de telecomunicações
 4 unidades de controlo térmico
 1 unidade para comando e controlo
 Exterior
 Antenas TDRSS (Terra), Prox Link (ISS) e GPS
 Redundância
 Veículo tolerante a 1 falha – missão com performance nominal
 Veículo tolerante a 2 falhas – missão garante a segurança da estação
4 Janeiro 2013 - 32
O veículo – módulo de serviço (2/2)
 8 tanques: 4 MON e
4 MMH
 20 motores ACS
 220N cada
 4 motores OCS
 500N cada
4 Janeiro 2013 - 33
ATV – números chave
Dimensões
Comprimento total
10.77m (c/ adaptador, sonda retraída)
10.27m (s/ adaptador, sonda estendida)
Diâmetro externo
4.48m
Volume Pressurizado
42m3
Envergadura
22.28m
Massa
Vazio
10470kg
Módulo Carga
5150kg
Módulo Serviço
5320kg
Máx descolagem
20750kg
(c/ adaptador)
Capacidade de Carga
Total
7667kg
Dentro Módulo Pressurizado
5500kg
Água
840kg
Gás
100kg (O2, N2, ar)
Combustível Módulos Russos
860kg
Combustível boost ISS
4600kg
Para o ATV
2613kg
Resíduos no final da missão
6340kg
4 Janeiro 2013 - 34
Custo
1000M€ ATV1, 2000M€ ATV2 a ATV5
ATV-1 (Jules Verne) - Docking
4 Janeiro 2013 - 35
ATV-2 (Johannes Kepler) - Undocking
4 Janeiro 2013 - 36
ATV-1 (Jules Verne) – Reentrada
4 Janeiro 2013 - 37
 Perguntas?...
ATV3 (Edoardo Amaldi) docking
4 Janeiro 2013 - 38
http://blogs.esa.int/atv/
http://www.astrium.eads.net/en/programme/atv.html
http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/8698-atv-2.php
http://blogs.airspacemag.com/pettit/2012/03/dueling-dragons/
Solar Orbiter
•
•
•
•
4 Janeiro 2013 - 39
A Missão
Instrumentos
O veículo
Vídeo explicativo
Missão Solar Orbiter
 Ajudar a explicar como o Sistema Solar funciona
 Explicar como o Sol cria e controla a heliosfera
 Observações na banda visível, extremos da
banda ultravioleta, e raios X
 Usará uma órbita elíptica em torno do Sol
 Periélio de 0.28 AU*
 Inclinação crescente até 25º do equador Solar
 Duração de 7 anos (nominal)
 9.5 anos (estendida)
 Lançamento Janeiro 2017 (Atlas V)
 Custo
 Missão: ~1M€, veículo: ~300k€
AU – Unidade Astronómica (distância da Terra ao Sol)
4 Janeiro 2013 - 40
1AU
0.28 AU
Instrumentos
 Heliosféricos in-situ
 Analisador de Vento Solar (SWA): medir composição e propriedades
 Detector de Partículas Energéticas (EPD): medir iões, electrões, etc
 Magnetómetro (MAG): medições detalhadas do campo magnético
 Analisador de ondes rádio e plasma (RPW): campos mag. e elect.
 Observação Solar remota
 Câmara Polarimétrica e Hélio-sísmica (PHI): campo mag. fotosférico
 Câmara EUV* & Alta Resolução (EUI): várias camadas da fotosfera
 Câmara espectral EUV* (SPICE): espectro do disco e corona solar
 Telescópio/espectrómetro raios X (STIX): emissões raios X do Sol
 Medidor da corona Solar (METIS): visão UV e visível da
corona
 Câmara heliosférica (SoloHI): comportamentos
quasi-estáticos e transientes do vento Solar
*EUV – Extreme Ultra Violet
4 Janeiro 2013 - 41
O veículo
 Massa: 1800kg
 Precisão
 1arcsec/10s RPE*, 3.5arcmin APE*
 Dados lançamento
 Se 23/01/2017, Vinf=3.65km/s,=35.5º
 Se 07/09/2018, Vinf=3.69km/s,=-48.4º
 Janela de lançamento: 30 dias
Motores
(9+9) x 10N
Vídeo
1.2m
3m
7.9m
4.4m
2.4m
13m
17m
4 Janeiro 2013 - 42
*{R,A}PE – Erro de Orientação {Relativo, Absoluto}
1arcsec=1/3600º, 1arcmin=1/60º
Rodas de Reacção
 Perguntas?...
4 Janeiro 2013 - 43
ExoMars Rover
•
•
•
•
•
•
•
•
4 Janeiro 2013 - 44
Objectivos
Arquitectura da missão
A missão em 2016
Os instrumentos em 2018
O Rover
Desafios específicos
Mobilidade autónoma
Demonstração num terreno e
simulador
Objectivos
 Saber se há ou houve vida em Marte
 Demonstrar tecnologias para trazer amostras de Marte para a Terra na
década de 2020… – Mars Sample Return
 Objectivos Tecnológicos




Entrada, Descida e Aterragem (EDL) de instrumentos em Marte
Aquisição, preparação, distribuição e análise de amostras
Mobilidade na superfície de Marte
Acesso ao subsolo
 Objectivos Científicos
 Procurar sinais de vida, no passado ou
presente
 Investigar como a água e o ambiente
geoquímico varia
 Investigar os gazes raros de Marte
 A Rússia fornece os dois lançamentos
 2016 e 2018
4 Janeiro 2013 - 45
Arquitectura da Missão – estado actual
 Programa ExoMars: 2 missões lançadas em 2016 e 2018
 A missão 2016 consiste num detector de gases raros (TGO) e 1 módulo de demonstração de aterragem
(EDM)
 A missão 2018 consiste num Rover dentro dum módulo de descida (DM) transportado até Marte por
outro módulo (CM)
 Larga cooperação internacional com Roscosmos e algumas contribuições da NASA
4 Janeiro 2013 - 46
A missão em 2016
 Lançamento em Janeiro 16, chegada 9 meses depois
 Um sonda em órbita
 A cerca de 400km de altitude
 Trace Gaz Orbiter: detector de gases raros (1%).
Por exemplo, detectar metano porque poderia ser sinal de vida
 Sistema de telecomunicações (UHF) para ser usado pelo EDM
mas sobretudo pelo Rover (missão 2018):
Marte (Rover) ↔ Sonda ↔ Terra
 Um módulo de entrada (EDM), descida e aterragem
 Activado algumas horas antes entrar na atmosfera a 5.8km/s
 Permitir à Europa ter capacidade para aterrar em Marte
 Alguma ciência, mas muito limitada (max 2-8 dias de ciência)
 Limitado pela energia disponível (bateria)
4 Janeiro 2013 - 47
2018: os instrumentos do Rover (1/2)
 Câmaras Panorâmicas (PanCam)
 Para produzir mapas digitais de Marte
 Espectrómetro de Infravermelhos (ISEM)
 Determinar a composição das amostras na superfície
 Câmara de Proximidade (CLUPI)
 Imagens de alta resolução de rochas, afloramentos, amostras da broca
 Detec. gelo,obs. depósitos no subsolo (WISDOM)
 Radar que penetra no solo junto com Adron para seleccionar onde furar
 Adron
 Para procurar água e minerais hidratados no subsolo. Usado com WISDOM.
 Câmara multiespectral - análises no subsolo (Ma_MISS)
 Localizado dentro da broca, para estudo da mineralogia Marciana
 MicrOmega
 Espectrómetro no visível e infravermelho para compostos orgânicos
4 Janeiro 2013 - 48
2018: os instrumentos do Rover (2/2)
 Espectrómetro Raman (RLS)
 Identificar compostos orgânicos e minerais
 Analisador Moléculas Orgânicas Marcianas(MOMA)
 Detecção de marcadores biológicos
 Máquina de Furar / Broca
 Desenhada para
 Vários tipos de solo
 7 ciclos experimentais com pelo menos 2 até 2m de profundidade
 Pelo menos 17 amostras serão recolhidas para serem analisadas
 Constituída por
 Broca final com cerca de 700mm, equipada com instrumentos (ex. recolha)
 Um conjunto de varas extensivas (~500mm cada)-com contactos eléctricos
 Uma caixa que serve de estrutura
 Uma segunda broca final em caso de problemas
http://exploration.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=43611
4 Janeiro 2013 - 49
High Resolution Camera
O Rover - exterior
Wide Angle Cameras
Deployable
Solar Arrays
Navigation Cameras
Deployable Mast
Assembly
M=~300kg
WISDOM
Sun Sensor
2m
Localisation Cameras
Rover Body
0.9m
2.5m
Actuator Drive
Electronics (right)
Drill
Mobility
System
Bogies
1.7m
4 Janeiro 2013 - 50
Analytical
Laboratory
Drawer
1.4m
2.6m
Quais os desafios específicos de Marte?
 Baixas temperaturas
 Oscilam entre -120ºC e +40ºC e com ciclos diários
 Os componentes electrónicos (inc. espaciais) não são feitos para
operar ou até sobreviver a tais extremos – simplesmente partem…
 É preciso desenvolver tecnologia específica
 Uso de “Radioisotope Heater Unit” para aquecimento
 Energia/potência muito limitada em Marte





Está ~1.5x mais distante do Sol que a Terra: ~2.3x menos energia
Há muito pó na atmosfera que cobre os painéis solares
Área dos painéis muito limitada por massa e volume
O Rover tem de sobreviver durante a noite em Marte – uso de bateria
Uso de resistências para aquecer equipamentos limitado ao vital!
 Protecção Planetária
 O Rover não pode poluir Marte com compostos biológicos
 O Rover tem que assegurar que não compromete as análises
 Não detectar “vida” que levou da Terra…
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Objectivo Tecnológico: Mobilidade Autónoma
 Apenas há 1 a 2 sessões de comunicações/dia até 30min
 Atraso nas comunicações até ~21min
 Controlo remoto impraticável
 Dados limitados a cerca de 250Mbit/sol* (30Mbyte/sol), MarteTerra
 Necessário enviar mínima informação  alta autonomia
 O operador apenas diz o ponto (2 coordenadas) em Marte e o Rover
determina o caminho e segue-o em segurança sem ajuda
 Alta precisão necessária
 O Rover alcança um ponto a 100m de distância com ~2m e 15º de erro
 O Rover coloca a broca no local para furar com um precisão de 0.15m
e 15º de erro
 Segurança
 O Rover evita autonomamente zonas perigosas: declives fortes, rochas
demasiado grandes, buracos, areia demasiado solta
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*sol – 1 dia em Marte = 24h37min23s
Mobilidade autónoma – como? (1/2)
 Saber onde é o alvo em Marte
 Sensor Solar: usado para saber o Norte em Marte
 Acelerómetro: usado para saber a inclinação
 Planear o percurso até ao alvo
1. 3 pares de imagens estéreo são tiradas (NavCam)
2. Cada par é utilizado para produzir um mapa de
disparidades (entre a esquerda e a direita)
3. O mapa de disparidades é então projectado e transformado num
modelo do terreno
4. Este é depois analisado em relação à capacidade do sistema de
locomoção e um mapa de navegação é produzido

São identificadas zonas proibidas e um “custo” quando difícil
5. Este mapa de navegação é subsequentemente utilizado para
planear um percurso seguro e que pode ser executado pelo Rover
6. Isto é repetido de ~2.5m em ~2.5m
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Mobilidade autónoma – como? (2/2)
 Seguir de forma precisa o percurso planeado
 Localização: o Rover tem de saber onde está
 A incerteza de onde o Rover está é adicionado em torno dos
obstáculos – áreas de “escape” são reduzidas com erros maiores
 A odometria das rodas é imprecisa porque as rodas escorregam
 “Localização visual” é necessária para garantir a precisão
Apenas possível a 0.1Hz  Odometria das rodas e giroscópios usados
entre “frames” visuais
 Controlo de Trajectória
 Sabendo onde está o Rover e o percurso planeado, é possível
executar manobras correctivas (Ackermann, Point Turn)
 As rodas são sincronizadas para minimizar incompatibilidades na
configurações
 Estas correcções são executadas pela locomoção do Rover
6 rodas, todas com tracção, capazes de rodar e de caminhar (!)
http://www.astrium.eads.net/en/media-library/bruno.html
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Capacidade de Locomoção
Trajectória
Ackermann Genérico
Point Turn Genérico
Velocidade Linear
Velocidade
de Rotação
Ângulo de
Derrapagem
Centro
de
Rotação
Centro de
Rotação
Vmax≥80m/h
Vnom=40m/h
Droda=286mm
roda=6.5º/s
Rodas Flexíveis
- Mesma tracção, menor diâmetro
4 Janeiro 2013 - 55
Demonstração da autonomia num terreno
4 Janeiro 2013 - 56
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-14789230
http://www.astrium.eads.net/en/news2/astrium-s-mars-roverdemonstrates-autonomous-navigation-capability.html
Resultados de uma simulação num vale rochoso
Áreas classificadas como
obstáculos pelo rover
Branco: Inseguro
Cinzento escuro: “Não
planear percurso através”
Alvo do Rover
5m
Ponto Inicial do Rover
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Percurso planeado pelo
Rover durante a travessia
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-14789230
http://www.astrium.eads.net/en/news2/astrium-s-mars-roverdemonstrates-autonomous-navigation-capability.html
Áreas classificadas as
como seguras pelo rover
Verde: Baixo custo
Vermelho: Alto custo
Localização visual
Testes em Junho 2008, CNES Toulouse - França
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Chave para mobilidade autónoma
Um projecto muito mediático…
…mas com dificuldades de financiamento!
■ 1200M€ necessários, ~900M€ disponíveis
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-20407902
http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-16906740
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Perguntas?...
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http://exploration.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=118
http://www.astrium.eads.net/en/programme/exomars.html