Ao enviar um helicóptero do tamanho de um carro para explorar a lua de Saturno, Titã, a missão Dragonfly da NASA empreenderá uma viagem de descoberta científica sem precedentes. E o trabalho para garantir que este projeto inédito possa cumprir a sua ambiciosa visão de exploração está em andamento em alguns dos mais avançados laboratórios de simulação e testes espaciais do país.
Com lançamento previsto para 2028, o helicóptero Dragonfly está sendo projetado e construído no Laboratório de Física Aplicada (APL) da Johns Hopkins em Laurel, Maryland, com contribuições de organizações de todo o mundo. Ao chegar em 2034, o Dragonfly explorará a densa atmosfera e a baixa gravidade de Titã para voar para dezenas de locais, explorando ambientes variados, desde dunas equatoriais orgânicas até uma cratera de impacto onde água líquida e materiais orgânicos complexos essenciais à vida (pelo menos como a conhecemos) podem ter existido juntos.
Teste aerodinâmico
Quando a integração e os testes completos dos helicópteros começarem em fevereiro, a equipe aproveitará uma coleção de dados coletados por meio de testes técnicos críticos conduzidos nos últimos três anos, incluindo, mais recentemente, duas campanhas nas instalações do Transonic Dynamics Tunnel (TDT) no Centro de Pesquisa Langley da NASA em Hampton, Virgínia.
O TDT é um centro de testes versátil de 5 metros de altura, 5 metros de largura e 6 metros de comprimento que já hospedou estudos para a NASA, o Departamento de Guerra, a indústria aeronáutica e uma série de universidades.
Ao longo de cinco semanas, de agosto a setembro, a equipe avaliou o desempenho do sistema de rotor do Dragonfly – que fornece sustentação para o módulo de pouso voar e permite manobrar – em condições semelhantes às de Titã, observando fatores de desempenho aeromecânicos, como tensão nos braços do rotor e efeitos da vibração nas pás do rotor e no corpo do módulo de pouso. No final de dezembro, a equipe também concluiu uma série de testes de aerodinâmica em modelos de rotores Dragonfly de menor escala no TDT.
“Quando o Dragonfly entrar na atmosfera em Titã e os pára-quedas forem acionados depois que o escudo térmico fizer seu trabalho, os rotores terão que funcionar perfeitamente na primeira vez”, disse Dave Piatak, chefe do ramo de aeroelasticidade da NASA Langley. “Não há margem para erros, portanto, quaisquer preocupações com a dinâmica estrutural ou aerodinâmica do veículo precisam ser conhecidas agora e testadas no terreno. Com o Transonic Dynamics Tunnel aqui em Langley, a NASA oferece a capacidade certa para a equipe do Dragonfly coletar esses dados críticos.”
Partes críticas
Em seus três anos como maquinista experimental na APL, Cory Pennington criou peças para projetos enviados ao redor do mundo. Mas criar rotores para um drone explorar outro mundo em nosso sistema solar? Isso era novo – e um pouco assustador.
“Os rotores são algumas das peças mais importantes do Dragonfly”, disse Pennington. “Sem os rotores, ele não voa – e não cumpre os objetivos da sua missão em Titã.”
Pennington e a equipe cortaram os primeiros rotores do Dragonfly em 1º de novembro de 2024. Eles refinaram o processo à medida que avançavam: começando com o corte por jato de água de blocos de alumínio de 1.000 libras, seguido por usinagem de desbaste, encaixe de tampa, perfuração de furos de ventilação e rosqueamento de furos. Após inspeção, as peças foram limpas, enviadas para soldagem e devolvidas para acabamento final.
“Não tínhamos tempo ou materiais para fazer peças de teste ou extras, então cada corte tinha que estar certo na primeira vez”, disse Pennington, acrescentando que a equipe também teve que encontrar ferramentas e equipamentos especiais para acomodar algumas mudanças de materiais e ajustes de design.
A equipe conseguiu entregar as peças com um mês de antecedência. Os engenheiros configuraram e testaram a rotação dos rotores no APL – anexados a um modelo em escala real que representa metade do módulo de pouso Dragonfly – antes de transportar o pacote inteiro para o TDT na NASA Langley no final de julho.
“Em Titan, controlaremos as velocidades dos diferentes rotores do Dragonfly para induzir vôo para frente, subidas, descidas e curvas”, disse Felipe Ruiz, engenheiro-chefe de rotores do Dragonfly na APL.
“É uma geometria complicada ir para um ambiente de voo sobre o qual ainda estamos aprendendo. Portanto, os testes em túnel de vento são um dos locais mais importantes para demonstrarmos o projeto.”
E os rotores passaram nos testes.
“Os testes não apenas validaram a abordagem da equipe de design, mas também usaremos todos esses dados para criar representações de alta fidelidade de cargas, forças e dinâmicas que nos ajudam a prever o desempenho do Dragonfly em Titã com um alto grau de confiança”, disse Rick Heisler, líder de testes em túnel de vento da APL.
Em seguida, os rotores serão submetidos a testes de fadiga e criogênicos sob condições simuladas de Titã, onde a temperatura é de 290 graus Fahrenheit negativos (178 graus Celsius negativos), antes de construir os rotores de voo reais.
“Não estamos apenas cortando metal – estamos fabricando algo que irá para outro mundo”, disse Pennington. “É incrível saber que o que construímos voará em Titã.”
Colaboração, inovação
Elizabeth “Zibi” Turtle, investigadora principal do Dragonfly no APL, diz que o trabalho mais recente no TDT demonstra a inovação, engenhosidade e colaboração da missão entre o governo e a indústria.
“A equipe trabalhou bem em conjunto, sob pressão de tempo, para desenvolver soluções, avaliar decisões de projeto e executar fabricação e testes”, disse ela. “Ainda há muito a fazer entre agora e o nosso lançamento em 2028, mas todos os que trabalharam nisto devem ter um enorme orgulho nestas realizações que tornam possível ao Dragonfly voar em Titã.”
Dragonfly tem sido um esforço colaborativo desde o início. Kenneth Hibbard, engenheiro de sistemas de missão da APL, cita a experiência em elevação vertical da Penn State University no projeto inicial do rotor, modelagem e análise aero-relacionada e suporte de teste no TDT, bem como no Túnel Subsônico de 14 por 22 pés da NASA Langley. A Sikorsky Aircraft de Connecticut também apoiou testes e análises aeromecânicas e aerodinâmicas, bem como modelagem e simulação de hardware de voo.
O Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins (APL) em Laurel, Maryland, lidera a missão Dragonfly para a NASA em colaboração com vários centros da NASA, parceiros da indústria, instituições acadêmicas e agências espaciais internacionais. Elizabeth “Zibi” Turtle do APL é a investigadora principal. Dragonfly faz parte do Programa Novas Fronteiras da NASA, gerenciado pelo Escritório do Programa de Missões Planetárias do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, para a Diretoria de Missões Científicas da agência em Washington.
Para obter mais informações sobre a missão Dragonfly da NASA, visite:
por Mike Buckley
Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins
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