Talento

Equipe do Moon Dust Shield liderada por estudantes nomeada finalista na competição da NASA
A poeira lunar, o pó fino e fofo que cobre a lua, é matéria da imaginação, objeto de investigação científica e potencial bloco de construção para as colônias lunares.
Por Andrew Moseman - 17/02/2021


Render do bloco HOMES - crédito: equipe Caltech HOMES

A poeira lunar, o pó fino e fofo que cobre a lua, é matéria da imaginação, objeto de investigação científica e potencial bloco de construção para as colônias lunares.

É também uma ameaça à exploração.

Conforme os astronautas caminham pela lua, pousam espaçonaves em sua superfície, conduzem rovers lunares ou completam outras tarefas de astronautas, eles levantam a poeira, e isso é um problema porque pode causar desgaste prematuro em peças mecânicas, danos às vedações e pode representar um risco para a saúde das pessoas que o respiram. Além disso, tem qualidades que o fazem agarrar-se a quase todas as superfícies disponíveis.

"O sol está brilhando diretamente sobre essas partículas e lhes dando uma carga elétrica", disse o estudante de graduação do terceiro ano do Caltech, Luis Pabon. "Isso faz com que ele grude no traje do astronauta ou em quaisquer sensores ou câmeras que você tenha colocado na lua."

A NASA sabe desse problema desde que os astronautas da Apollo 11 lidaram com a poeira durante sua aterrissagem em 1969. No ano passado, o Desafio de Idéias Revelação, Inovação e Mudança de Jogo (BIG) da agência pediu que equipes universitárias inventassem soluções para o incômodo problema da poeira. Agora, a NASA nomeou um grupo de alunos de graduação do Caltech como um dos sete finalistas do BIG Idea Challenge por sua ideia de impedir que a poeira nas botas entre no habitat ou nave dos astronautas.

A invenção da equipe do Caltech, chamada Habitat Orientable & Modular Electrodynamic Shield (HOMES), aborda o problema da poeira lunar entrar em um possível habitat lunar e causar estragos dentro dele. O HOMES é um sistema modular de ladrilhos quadrados com a espessura de um iPhone que pode ser disposto em uma superfície plana. Os ladrilhos constituem um sistema de proteção eletrodinâmica contra poeira (EDS). Fios embutidos nas placas criam um campo elétrico que se estende como um campo de força pela superfície das placas, explica a estudante do terceiro ano e membro da equipe Isabella Dulá. As partículas de poeira carregam uma carga elétrica fornecida a elas pelos raios do sol, de modo que o campo elétrico nas telhas as repele. Assim, variando ou alternando a corrente nos fios, ou mudando a orientação dos ladrilhos.

"AS CASAS podem estar no chão de um vestiário em uma câmara de descompressão, e qualquer poeira que cair no chão pode ser transportada para uma zona singular porque podemos orientar os painéis para mover a poeira em uma direção específica", diz a segunda- ano de graduação da Caltech, Malcolm Tisdale, um dos líderes da equipe, que é orientado pelo professor Bren de Aeroespacial Soon-Jo Chung. "Isso permitiria aos astronautas limpar com muito mais facilidade uma pilha de poeira em vez de espalhá-la por toda a sala."

O envolvimento dos alunos começou no outono passado, quando Tisdale e Pabon abordaram Chung para reiniciar um capítulo no campus do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica (AIAA), uma organização profissional para o campo da engenharia aeroespacial. Pabon, líder do projeto HOMES e presidente do revivido Caltech AIAA, diz que um projeto prontamente caiu em seu colo quando a NASA anunciou o BIG Idea Challenge, e um grupo de graduandos se uniu em uma equipe. Eles não tinham experiência anterior na redação de propostas e tiveram que navegar por uma colaboração remota por causa da pandemia COVID-19, que levou a "work-a-thons" de sábado de horas no Zoom.

“Nossa primeira ideia foi um capacho eletrostático dobrável em forma de origami que tiraria a poeira das botas dos astronautas, já que a maior parte da poeira se condensaria até as botas e pernas”, diz Tisdale. Logo, porém, os alunos perceberam que uma superfície que não precisasse dobrar seria mais eficiente e adaptável. "Eles tiveram uma ideia muito criativa e inovadora com foco na modularidade", diz Chung. "Então, é algo como blocos de Lego espaciais ou Tinker Toys. Você pode trazer esses tipos de blocos ou ladrilhos 'simples' e fazer algo maior ou mais complexo." Chung lembra apropriadamente a citação de Leonardo da Vinci, "Simplicidade é a sofisticação final."

Os alunos dizem que o acesso aos mentores do Caltech e do Jet Propulsion Laboratory, que o Caltech gerencia para a NASA, foi inestimável para orientar o projeto. Esses especialistas incentivaram a equipe a se concentrar na função central exigida e a descartar qualquer enfeite ou enfeite. Os mentores incluem Jason Kastner (PhD '03) e Manan Arya (MS '12, PhD '16) do JPL, e o ex-diretor do JPL Charles Elachi (MS '69, PhD '71), professor de engenharia elétrica e ciências planetárias da Caltech, emérito .

Os mentores ajudaram os alunos a se concentrarem em materiais e sistemas comprovados. Por exemplo, os ladrilhos são feitos de óxido de alumínio, uma cerâmica comprovadamente durável em condições de espaço. Como os sistemas EDS foram usados ​​anteriormente em experimentos a bordo da Estação Espacial Internacional, a NASA os classifica como tendo um alto "nível de prontidão tecnológica", o que significa que há alta confiança e evidências de que o sistema funciona no espaço.

Além disso, a equipe também teve a oportunidade de entrevistar o astronauta e ex-aluno do Caltech Robert Behnken (MS '93, PhD '97), que ofereceu ideias sobre os padrões de engenharia usados ​​pela NASA, por exemplo, e conselhos práticos sobre como os astronautas podem trabalhar com um sistema como o HOMES durante uma missão.

“Ele deu métricas muito boas sobre como você lidaria com essas coisas e a mobilidade reduzida que você tem em um traje espacial”, diz Dulá. "Outro conselho que ele sugeriu: em vez de os astronautas montarem isso usando trajes espaciais, muito provavelmente seria montado em uma câmara de descompressão." Dessa forma, diz ela, os astronautas não teriam que usar ternos volumosos ao montar os ladrilhos. Assim que a montagem estiver concluída, eles podem levar os blocos HOMES para fora e colocá-los onde forem necessários.

Armada com até $ 180.000 em financiamento da NASA, a equipe do HOMES agora se junta a outras seis equipes finalistas na construção de uma versão de protótipo de sua tecnologia. Dulá observa que sete membros da equipe Caltech estão localizados em ou perto de Pasadena e estão aderindo aos regulamentos do campus e do condado para determinar possíveis locais de trabalho físicos onde os alunos podem colaborar com segurança em pessoa durante a pandemia. Esses sete formarão uma "equipe de solo" enquanto os outros colaborarão remotamente como uma "equipe de apoio". Se o HOMES for aprovado na avaliação do meio do projeto com a NASA em maio, a equipe competirá contra os outros finalistas em Las Vegas neste outono, assumindo que tal reunião pessoal esteja segura até lá.

Aconteça o que acontecer a seguir, Chung fica maravilhado com o fato de um grupo composto apenas por alunos de graduação ter prosperado em uma competição contra muitas outras equipes universitárias que incluem alunos de doutorado. "Fred Hadaegh [tecnólogo-chefe do JPL] abriu a proposta e disse: 'Os alunos de graduação escreveram essa proposta?'", Lembra Chung. "Isso é incrível porque eles essencialmente trabalharam juntos por apenas um ou dois meses para chegar a uma das ideias mais atraentes de mitigação de poeira selecionadas pela NASA para desenvolvimento."

Os membros da equipe do HOMES incluem: Malcolm Tisdale, BS '23, Engenharia Mecânica; Luis Pabon, BS '22, Engenharia Mecânica; Isabella Dulá, BS '22, Engenharia Mecânica; Polina Verkhovodova, BS '22, Engenharia Mecânica; Leah Soldner, BS '24, Engenharia Mecânica; Tanmay Gupta, BS '24, Física; Nathan Ng, BS '24, Engenharia Mecânica; Athena Kolli, BS '24, Engenharia Mecânica; Kemal Pulungan, BS '25, Engenharia Mecânica; Jules Pénot, BS '24, Engenharia Mecânica; Calle Junker, BS '23, Engenharia Mecânica; Kaila Coimbra, BS '23, Engenharia Mecânica; Rithvik Musuku, BS '24, Engenharia Mecânica; Parul Singh, BS '24, Engenharia Mecânica

 

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