Projeto 2019-2020: COBRUF SUBSPACE
Realização: COBRUF ASSOCIATION

O primeiro projeto da Equipe Terra recebeu o nome de EUROPA DIVER no qual foi desenvolvido um projeto conceitual de um veículo autônomo subaquático (AUV) para exploração espacial. Cujo o objetivo do veículo era ser capaz de aterrissar na lua Europa do planeta Júpiter, e após perfurar a camada superficial de gelo, coletar amostras dos mares, realizar análises e enviar os resultados para uma estação terrestre na superfície da lua, similar a missão que a NASA vem desenvolvendo e que pretende executar em 2025.

O AUV-TERRA projetado é capaz de operar em oceanos frios de até 400 m de profundidade. Capaz de coletar amostras líquidas e sólidas e realizar análises astrobiológicas e astrogeológicas das amostras, reconhecendo alguns componentes do ambiente explorado. Além disso, toda a estrutura foi projetada para resistir a certos níveis de vibração, pressão, temperatura e outras condições que o ambiente hostil possa trazer. É uma estrutura viável para construção e seu sistema é modular possibilitando novas evoluções no futuro, através de substituições por novas versões ou adicionando novos módulos.

Seu design foi inspirado no AUV - Artemis, possui quatro propulsores, proporcionando manobras com quatro graus de liberdade e com uma estrutura hidrodinâmica e eficiente. O projeto conta com um fator de segurança para caso haja algum problema com suas baterias e / ou comunicação com a estação.

Explore seu conhecimento, explore o mundo!

- Equipe Terra

Fonte: COBRUF Association
Fonte: Adaptado do PALOMERAS et al., 2012

COBRUF SUBSPACE

Projeto 2019 - 2020:

Para coleta e análise dos dados, foi utilizado como inspiração o sistema de coleta de amostras desenvolvido pelo MBARI (Monterey Bay Aquarium Research Institute) para o Dorado AUV. O veículo utiliza o mecanismo de sucção para realizar a coleta, assim quando o veículo submerso encontra um objeto sólido durante a missão, ele se deslocará suavemente em direção ao obstáculo até que entre em contato com ele, quando isso acontece o AUV liga o mini compressor de vácuo que encontra-se na parte frontal do veículo juntamente com um canal que leva a amostra para um compartimento interno, onde as amostras serão contidas e analisadas pelo espectrômetro Raman. Além disso, o AUV-TERRA conta com diversos sensores externos para auxiliar na coleta de dados acerca do ambiente a ser explorado.

A comunicação entre a estação terrestre e o AUV ocorre acusticamente por ultrassom, por conta da boa propagação no ambiente subaquático. E para a parte de controle foi utilizada a lógica do sistema híbrido, com características de camadas deliberativa e reativa, identificando três módulos principais:

  • Capitão: Responsável por determinar o tempo de manobra, deliberar o início e término, enviar os parâmetros para a base e sequenciar a sincronização dos módulos
  • Piloto: Realiza a sequência da manobra realizada e os algoritmos de controle necessários à sua execução, enviando comandos ao módulo ?Timoneiro?.
  • Timoneiro: Recebe as ordens dadas pela placa de controle e executa a comunicação com o módulo propulsor, ativando-as.

O sistema de navegação utilizado pelo AUV - TERRA é dual e independente. Ele utiliza sistemas Dead Reckoning e SLAM para sua localização estimada e mapeamento do ambiente. Os dados coletados pelos sensores contém ruídos, por isso utilizamos o Filtro de Partículas para trazer o resultado mais real da análise feita.

Também foi projetada a estação terrestre, capaz de receber e armazenar os dados coletados e analisados pelo veículo subaquático. Além disso, ela conta com mais sensores como o sensor de radiação, sensor sísmico e magnetômetro. Para ajudar na sua estabilidade, a base terrestre possui seis pernas e cada perna terá um pé em forma de sapato de neve. Suas pernas podem ser usadas entre 0 e 90 graus.

Fonte: Equipe Terra, 2019

Para o lançamento, foi escolhido o foguete Super Heavy-Starship. É um veículo ainda em desenvolvimento pela empresa americana SpaceX e que se apresenta como o melhor veículo para lançamento para a missão, considerando o seu tempo de viagem e seu preço estimado. A missão usará a janela de oposição Terra-Marte para lançar o veículo.

Para chegar à Europa, a trajetória deve começar com uma assistência gravitacional na lua Ganimede para que o orbitador seja inserido em órbita com Júpiter. A fim de minimizar a velocidade relativa de pouso na Europa, o consumo de combustível e a exposição à radiação de Júpiter.

Fonte: Equipe Terra, 2019

O trem de pouso ideal para Europa Diver deve garantir um pouso suave e estável na região escolhida para o equipamento da missão, incluindo: AUV, estação terrestre e sistema de perfuração. Por isso, foi realizado um estudo para decidir a melhor forma de pousar os componentes e identificar o local ideal para a inserção do veículo autônomo no oceano, por isso optamos por utilizar o sistema SkyCrane para realizar o pouso.

O local de pouso foi escolhido após estudos de missões a serem realizadas nos próximos anos. Analisando possíveis missões, foi visto que a missão Europa Clipper visa orbitar Júpiter a fim de estudar algumas de suas luas, especialmente Europa, e determinar a espessura da camada de gelo, profundidade e salinidade. Também foi visto que a missão Europa Lander, uma missão complementar à missão Europa Clipper, pousará na Europa para coletar dados de superfície. Como o objetivo da missão Europa Diver é perfurar a superfície do gelo e, em seguida, fazer com que o AUV tenha acesso à água, as menores espessuras são de maior interesse. Com isso em mente, os dados coletados no futuro pela Lander e Clipper serão usados ??para encontrar o melhor local de pouso.

Devido ao manto de gelo que cobre o oceano da Europa, um sistema de perfuração é necessário para inserir o AUV projetado no ambiente. No cenário científico atual, estão sendo desenvolvidos crybots, robôs de perfuração de exploração espacial capazes de derreter e atravessar vários metros de gelo. Dentre essas tecnologias está o IceMole, uma broca desenvolvida pelo laboratório astronáutico da Universidade de Ciências Aplicadas de Aachen, na Alemanha. Posicionado no canal de perfuração, o IceMole servirá como receptor de dados do AUV para retransmitir para a base por meio de cabos de comunicação.

A missão Europa Diver irá operar em conjunto com um orbitador que será enviado para explorar e analisar o ambiente lunar Europa, obtendo informações sobre suas estruturas geológicas e biológicas, se houver. A opção de operar em conjunto com um orbitador é mais adequada para Europa Diver, pois facilita o envio das informações que o AUV coleta para a Terra, visto que o AUV possui os instrumentos necessários para coletar informações que as sondas não são capazes de obter.

Quando inserido no ambiente da missão, o AUV-TERRA se comportará de forma aleatória na busca de amostras, priorizando o impedimento de colisões no ambiente e com o sistema de iluminação ativa e câmera ligada para gerar as imagens em tempo real. Os instrumentos de espectroscopia e ondas mecânicas estarão constantemente capturando informações ambientais durante a missão e, se o veículo encontrar qualquer amostra com uma bioassinatura ou estrutura geológica conhecida no ambiente, ele armazenará as informações.

Ao final da missão, o veículo enviará os dados obtidos para a tuneladora, que ao receber as informações passará por um cabo de comunicação ethernet até a base, que enviará ao orbitador por ondas eletromagnéticas e então as informações serão redirecionado para o planeta Terra. As principais informações que se buscam durante a missão são: atividades sísmicas e comportamento lunar, informações obtidas pelo sismógrafo, captação das ondas mecânicas ao seu redor, composição química geológica da lua, obtida pela análise de uma amostra astrogeológica da lua usando o espectrômetro Raman e verificar a existência de vida pela análise de bioassinaturas ambientais, informações que serão obtidas pela análise de amostras ambientais com a técnica de espectroscopia Raman.

Fonte: Dachwald, 2014
Fonte: Equipe Terra, 2019

    Resultado da Competição

  • Campeão geral;
  • Campeão na categoria SUBSPACE;
  • Melhor design teórico;
  • Excelência em impacto crítico para a exploração espacial pacífica;
  • Excelência na apresentação do projeto;
  • Excelência em desenvolvimento ágil;
  • Excelência em modelo de negócios;
  • Excelência em design comercial;
  • Excelência em extensão educacional;
  • Excelência em igualdade de gênero.

Nesse projeto a equipe contou com mais de 20 membros organizados em cinco setores: Estruturas, Energia e Propulsão, Eletrônica, Pesquisa Espacial e Marketing. As modelagens e simulações foram realizadas através dos softwares SolidWorks e ANSYS.

    Apoiadores:

  • ESSS- ANSYS
  • SolidWorks
  • Professores:

  • Andrea Piga Carboni
  • Lucas Weihmann
  • Roberto Simoni
  • Instituição:

  • Universidade Federal de Santa Catarina

    Membros da equipe:

  • Atilio da Rosa Scussel
  • Andreza Costa
  • Bruno de Luka Oliveira Lima
  • Carla Tata Costa Bills
  • Carlos Eduardo Bibow Corrêa
  • Eduardo de Bittencourt Ribeiro
  • Gabriela Bosco Azevedo
  • Geison Marlon Maciel Meinerz
  • Giovanna Ambrósio de Souza
  • Gustavo Henrique Oliveira de Paula
  • Iasmym dos Santos Vaz
  • Karen Gomes Soares
  • Lucas Daniel Rocha Gonçalves dos Santos
  • Lucas Eduardo Piana
  • Lucas Silva dos Santos
  • Lucca Carbone Laurentino
  • Mariana Dias Martins
  • Patricia Mix Klippel
  • Pedro Ramalho Fahd
  • Rafael D Amaro Chiara
  • Vinícius da Fonseca Pereira
  • Vitória Garcia Zambrano