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A tecnologia por trás da Rover Curiosity

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5 anos atrás
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Às 2 da manhã da segunda-feira (6) a NASA realizou um feito histórico: aterrissou com sucesso a Rover (mistura de robô com veículo) Curiosity na superfície de Marte e deve começar a explorar o planeta vermelho essa semana. Por ter sido lançado no ano passado, a Curiosity é sem dúvida a mais avançada de todas as Rovers, tecnologicamente falando. Quão avançada ela é? Escrevi um post detalhando exatamente quais as tecnologias empregadas nesse importante veículo espacial.

O hardware

Comecemos pela parte mais interessante, a meu ver: os eletrônicos. A Curiosity tem dois computadores chamados RCE, ou Rover Compute Element, e cada um deles tem um processador RAD750 com 200 MHz, capaz de processar 400 milhões de instruções por segundo, 256 MB de memória RAM e 2 GB de memória Flash. Ela tem dois para caso um deles tenha problemas, o outro tome o lugar. Todos os equipamentos são protegidos contra radiação, algo essencial para o bom funcionamento de um computador no espaço.

Esquema da NASA mostrando a localização de todas as câmeras

A captura das fotos é feita por 12 câmeras no total, todas espalhadas nos mais variados ângulos. Existem duas principais, chamadas MastCam, que estão está localizadas de forma mais proeminente. Ambas têm capacidade para gravar vídeos de até 720p com 10 fps e capturar imagens estáticas com 1600 x 1200 pixels de resolução, mas diferem no quesito angulação e foco. Outra delas é a HazCam, responsáveis por detectar possíveis problemas de navegação na superfície.

A qualidade da foto é boa, embora a HazCam só consiga capturar em preto e branco. Eis abaixo uma das fotos capturadas pela Hazcam.

Foto de Marte capturada pela Curiosity | Crédito: NASA

Alimentando esse hardware todo, a Curisosity tem um reator nuclear criado pela Boeing (sim, a mesma dos aviões) e que tira sua energia da conversão de calor criada por um isótopo de plutônio-238. Esse reator é capaz de gerar 2,5 quilowatt-hora, mais que o suficiente para a Rover operar.

Fora isso, a Curiosity também tem outra série de equipamentos para análise de solo, umidade, temperatura, velocidade do vento e radiação, além das três antenas UHF responsáveis por transmitir e receber informações. E o conjunto de todos esses componentes deixa o veículo pesado: são quase 1 tonelada de sensores passeando pela superfície de Marte.

O software

Para que o equipamento funcione como deveria, um software bom deve acompanhá-lo. E isso a Curiosity tem de sobra: uma equipe de 30 engenheiros de software da NASA foi a responsável por colocar 2,5 milhões de linhas em C em um chip embarcado no veículo, a maioria delas aperfeiçoados das missões passadas, das Rovers Spirit e Opportunity, lançadas em 2004. Para efeitos de comparação, apenas o kernel do Linux tem 15 milhões de linhas de C e C++.

O código foi bastante otimizado especificamente para o hardware da Curiosity e extensivamente testado usando scripts python para analisar os logs gerados pela Rover. Ele tem mais de 130 módulos diferentes, então é bem provável que um log desse código será bem extenso e complicado de analisar a olho nu. Essa apresentação em PDF disponibilizadas em 2009 por um dos cientistas da NASA envolvidos no projeto exemplifica o quão complexo o código (e os testes) tem que ser para que nada dê errado.

A NASA também disponibilizou grande parte do código das suas Rovers (não só da Curiosity) em seu diretório no Github, então quem quiser montar seu próprio veículo espacial e mandar para algum planeta de forma independente, já pode pegar alguns itens por lá.

Esse conjunto de equipamentos foi criado por mentes nada menos do que brilhantes e que trabalham na NASA com o objetivo de desvendar o que o espaço oferece. O orçamento que o projeto teve era de cerca de US$ 2,5 bilhões e a expectativa é de que o pouso de sucesso da Curiosity provoque uma mudança nesse campo, conseguindo mais investimentos para a NASA e ajudando o ser humano a chegar ainda mais longe. E eu espero que consigam.

Com informações: CNET, NASA 1, 2, StackExchange.

Mais sobre: ,
  • E se em marte existir vida, mas a nave não pousou nas civilizações de lá.. Vai que..né.

  • gostaria que invadisse o robo um hacker

  • A parte que eu não sabia é que o bicho tinha um reator nuclear dentro dele. Isso foi o que mais me impressionou; apesar de existir há uns 60 e tantos anos, energia nuclear ainda é muitíssimo pouco utilizada e é interessante que sequer exista tecnologia de miniaturização suficiente pra enfiar um reator num bicho que tem o tamanho de um SUV…

    • Reatores nucleares deste tipo são usados h´amuito tempo em missões espaciais, particularmente nas missões de espaço profundo onde não existe luz solar suficiente para que paineis solares gerem energia para as sondas.

      De modo geral a tecnologia quase não é usada hoje devido a normas de segurança mais restritivas quanto a lançamentos que poderiam gerar nuvem de material radioativo no caso de acidentes, mas antigamente era normal mandar qualquer sonda pro espaço com uma carga de plutônio para gerar energia.

      Outra curiosidade (pun intended) é que o reator é do tipo termico elétrico, ele serve primariamente para aquecer o equipamento e o calor também é usado para gerar a eletricidade usada nos equipamentos.

      • Eu realmente não sabia disso!

        Eu tou ligado que nos anos 60-70 houve planos de naves nucleares, esqueci o nome agora mas tinham um nome bem BADASS. Desistiram por medo de contaminação e tal.

        Agora vou lá wikipediar pra relembrar o nome da parada.

        (Pausa pra pesquisar)

        ACHEI! Olha isso aqui:

        http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Orion_(nuclear_propulsion)

        Não é bem a mesma coisa, é um pouco mais punk — a propulsão do bicho é via explosões nucleares mesmo — mas tá relacionado a energia nuclear usada em exploração espacial.

        • Diego Duarte

          As sondas Voyager e Pioneer foram lançadas com reatores nucleares de PU236 tambem. Evidentemente, a capacidade de geração do reator varia, mas as 2 voyagers ainda estão vivas no espaço e enviando sinais, logo pergunto:

          Quanto tempo pretendem manter esse rover vivo? 20 anos?

          • Rafael Machado

            ate os primeiros chineses chegarem la

          • Americo

            No caso do Rover menos, pois no caso das Voyagers foram desligados vários sistemas para poupar energia. Elas também usavam pouquíssima energia para se locomover, usando a gravidade dos planetas para se impulsionar. E por fim, o plutônio delas gera muito menos energia hoje do que há época que foi lançada (cerca de 60% da energia, apenas, não só pelo plutônio mas pelo funcionamento do equipamento em si, que perde rendimento com o tempo). Ainda assim com a atual tecnologia, acredito que funcione durante uns 10 anos sem problemas sim, e com tudo funcionando.

            Foi escolhida esta forma de energia, porque uma fonte solar em Marte é obstruída em pouco tempo devido ao pó.

          • O Rover tem autonomia para 10 anos, tem que levar em conta que as sondas Voyager e Pioneer consomem muito pouca energia, já o Curiosity vai ter que mover quase 1 tonelada sobre rodas e areia além de operar todos os equipamentos dele, então o consumo é muito maior.

          • Eu queria plutônio no meu celular pra ele durar 10 anos. O problema que eu duraria bem menos.

        • PRocure pelo N.E.R.V.A. … acho que era este o nome do projeto, mas o princípio era este mesmo, usar explosoões nucleares controladas e de baixo impacto para propulsionar veiculos para muito longe.

          A expectativa é que uma viajem a Marte pudesse ser feita em 3 ou 4 semanas em vez de 6 a 9 meses como é feito hoje.

  • É genial. Só me pergunto porque não tem nenhum gerador solar e como o sinal UHF consegue chegar tão longe…

    Enquanto isso a Microsoft não consegue fazer otimizar o Fruit Ninja rodar bem no Windows Phone…

    • Qual o problema do Fruit Ninja no Windows Phone?

    • As sondas menores que estão em Marte usam paineis solares mas o Curiosity é muito grande (980 kg) para depender apenas deste tipo de gerador, por isso ele tem um gerador nuclear para suprir a energia, é um gerador pequeno, leve e que dura uma década com seu estoque de menos de 3 kg de “combustível”.

      Quanto ao sinal de rádio, deve ser moleza pegar transmissão de Marte, imagina só como se faz para captar algo das sondas Voyager que estão no limite do sistema solar, dezenas de vezes mais longe.

    • Marcelo

      Não tem gerador solar, por um motivo: Requer painel solar, e painel solar pode ser coberto por poeira. Aconteceu isso com as irmãs mais velhas do Curiosity, o Spirit e o Opportunity. Os painéis solares de ambas começaram a ficar cobertos de areia marciana, e já não estavam mais gerando energia suficiente. Fora que de noite, sem luz solar, o rover depende de bateria. O que torna tudo tão (ou mais) complexo e pesado que um reator nuclear.

      As Voyager (1 e 2) e Pionner (10 e 11) também usam energia nuclear. Foram lançadas na década de 70 e até pouco tempo ainda enviavam sinais de vida (cerca de 40 anos depois do lançamento)

      • Putz, as Voyagers tinham reatores nucleares também?! Me sinto envergonhado por não saber disso. Sou fanático por astronomia e ciência/história espacial em geral, e não sabia desse detalhe.

        • Reator nuclear? Se não me engano, tais sondas usavam baterias nucleares por decaimento radioativo, Kid. 😉

          • Américo

            C. Emanuel… Vc está certo. É bateria nuclear por decaimento. Hoje elas geram só 60% da força que geravam no lançamento, por uma série de motivos, que não só tem a ver com o decaimento do plutônio 238.

          • As sondas que estão em Saturno, Jupiter ou a caminho de Plutão também usam estes reatores.

      • André Abreu

        Enquanto isso meu SII não aguenta 12h de utilização.. blz, mas e quanto aos nossos carros? Será possível um dia energia nuclear nos veículos automotivos? Imagina só 10 anos de autonomia? Agora imagina isso em trens, barcos, aviões? Será q a principal restrição é a segurança?

        • Certamente que o problema é a segurança mas também existe uma questão de eficiência já que o gerador nuclear produz apenas calor e este precisa ser convertido em eletricidade, esta conversão é muito ineficiente.

          Não é um problema para as naves já que elas precisam ser aquecidas contantemente para não congelarem, ams para o caso de carros seria um problema bem grande.

          O ruim seria ter um monte d epoeira de plutônio voando durante acidentes.

    • Fredson Nascimento Sousa
      • Finalmente entendi. O que acontece é que tem 2 “satélites”(não sei a tradução exata de orbital) fazendo a mediação entre a curiosity e a sede daqui. É porque na minha cabeça não fazia sentido algum que a Curiosity tivesse um sistema tão avançado de comunicação interno. De todo modo, ainda assim a antena do rover deve ser muito boa…
        Valeu cara.

  • Procura um pouco mais sobre a transmissão UHF e as frequências usadas, você vai ver como é impressionante. Dessa vez a Nasa acertou espero que esse laboratório ambulante traga boas novas…

  • este post é um dos melhores que já li, parabéns ao rafael pela astúcia e elegância

  • Fornecimento/consumo eléctrico é medido em quilowatt-hora (kWh), não “kilowatt/hora”: com 2,5 quilowatts-hora, a Curiosity é bem eficiente perante nossos automóveis caso estes dependessem de eletricidade no lugar dos combustíveis fósseis! 😉

    • Mbps.

      • No caso do presente post, nem podem usar a desculpa de usar notação norte-americana como escolha editorial ególatra: “kilowatt/hora” é duplamente errado, tanto em tradução quanto em conceito. 😆

    • Devidamente corrigido, sir o7

  • Maxx

    Ninguém comentou o hardware: 200 MHz, capaz de processar 400 milhões de instruções por segundo, 256 MB de memória RAM e 2 GB de memória Flash. – Acho que um Xbox360 tem um hardware mais robusto.

    • O hardware da Curiosity está alguns níveis acima do Dreamcast, próximo ao PS2… É um belo progresso: acho muita coisa para algo que é constantemente bombardeado por radiação. 😎

      • Além do que, eles não podem desperdiçar nenhum Watt sequer para uma operação desse tipo…

    • Fredson Nascimento Sousa

      Veja a matéria dos ônibus espaciais:
      http://tecnoblog.net/71296/computadores-onibus-espaciais/

      http://migre.me/actjG

      Olha o vídeo do pouso da Curiosity:
      http://youtu.be/UcGMDXy-Y1I

    • Qual o sentido de comparar o hardware da rover com o do Xbox360? a NASA vai jogar nele?

      Amigo, foram 2.2 bilhões de investimento.

      Acredite, tudo que está nesse projeto foi pensado 10 vezes mais que a quantidade de visitas que o tecnoblog tem por dia 🙂

  • só quero ver se esse robôzinho irá encontra vida em marte, certeza não tem, as pessoas querem saber de tudo hoje em dia, passou até no fantástico isso!!

  • Maxx

    Então todos nós temos super máquinas em casa somente para usar MSn e usar o Office…temos aplicações muito simplórias para tanto poder de fogo em nossos equipamentos domésticos.

    • @Maxx, também não é assim: o Curiosity foi programado para realizar algumas tarefas e rotinas específicas, com hardware computacional cuja arquitetura é bem diferente dos PCs domésticos. 😎

      • “…cuja arquitetura é bem diferente dos PCs domésticos.”

        Eu ia perguntar o porque do hardware modesto, já que empresas como a Nokia já estão usando processadores de 1Ghz em dumbphones. Mas o porque de tão pouca RAM?
        Mesmo assim, continuo pensando que o hardware poderia ser melhor por causa das imagens, para gravar em 1080 pixels ou mais, afinal é mais fácil dar um zoom do que mandar a Rover andar mais (apesar de seu plutônio).

        • PIRU

          quase todos os componentes precisaram ser desenvolvidos para tal finalidade…

          adquirir um ponto de maturidade na qual o componete/protótipo é:

          1) capaz de operar nas situaçoes inospitas (radiaçao, poeira, ventos fortissimos…) e não apresentar falhas, operar elo maior tempo possivel. Na terra temos tecnologias muito mais eficazes, mas desenvolvidas para funcionar de forma cotidiana, dentro de padrões específicos, para utilizar tal hardware lá, foi necessario investir e desenvolve-lo, quanto mais avançado fosse, mais caro seria e a nasa esta com serios problemas orçamentais…

          2) consumir pouca energia, pois mover 900 quilos não é facil, mesmo com um sistema nuclear… os motores nas rodas são muito mais robustos e potentes, para evitar travamentos como aconteceu previamente.

          3) eles nao estao procurando nada que va impressionar visivelmente a olho nu, não querem imagens das paisagens vermelhas de marte…, mas sim aspectos quimicos, moleculares, físicos dos corpos presentes em marte… sao sensores diferentes… foco distinto, não é para fazer um filme.

          4) 400 milhoes de instruçoes por segundo, isso não é pouco, para quem vai apenas coletar dados e transmitir para a terra (que em si irá processar esses dados), o robo fcará por 20 anos funcional, para que a pressa? cada transmissao demora 7 minutos até atingir as estações na terra. Nossos softwares é que são muito mal otimizados, concerteza este processador de 200Mhz roda este codigo da forma mais eficiente possivel… não é um jogo mal feito usando engine grafca mal otimizada que precisa de Ghz para ser rodado de forma satisfatória.

          5) alem de vida o robo irá analisar as rochas, obter mediçoes de elementos valiosos para a industria e, para isso, possui um LASER capaz de desintegrar rochas, que deve consumir sozinho 1Kw deste reator.

          6) 2,5 Bilhoes não chega nem perto dos 340 bilhoes gastos no projeto do f22 raptor do departamento de defesa dos EUA. O governo deles tem optado por reduzir drasticamente os investimentos na NASA, entao, eles literalmente tem de tirar “leite de pedra”

        • A idéia de pouco hardware, em minha concepção é justamente para que se tenha pouca demanda de energia. Pouca ram até que nem tanto (visto que hoje 1 slot no mercado contém 4gb), mas uma cpu 200mhz, feita pela NASA, meu amigo, se equipararmos com a intel 200mhz mmx pode ter certeza que deve ter 98% menos consumo de energia/hora.
          Nasa de parabéns, mostrando que mentes em conjunto produzem resultados sólidos e plausíveis.
          Tecnoblog, parabéns pela matéria, o nível de vocês anda em alta.
          Desejo sucesso tanto ao site quanto ao projeto da Nasa!

          • Segundo o Rafa, o pluto aguenta o Rover com sobra, então já que o objetivo é explorar o planeta, por quê não imagens com maior definição?
            E em comparação com o ARM?

          • Américo

            Há dois satélites orbitando Marte. As imagens não precisam ser as melhores, porque o que mais se quer é otimizar os dados da superfície, atmosfera, clima, etc para poder ver qual vai ser o resultado de colocar um serzinho terrestre lá. Pra isso vc precisa de informação química do planeta, não fotinho. A verdade é que a câmera poderia ser bem pior, só está boa pra poder tirar foto, publicar e mostrar pra opinião pública e ter mais recursos. Pro objetivo principal, que é entender tudo de Marte quimicamente falando, precisa-se só de análises, não fotos. A câmera de vídeo também é pra operar e ver ao redor em caso de uma empacada (como ocorreu com a atolagem do Spirit, em abril de 2009). O que pode ser muito pior com um carrinho mais pesado como esse rover. Então, pra Nasa, as imagens é só pra agradar a opinião pública… Imagens boas mesmo são tiradas pelo satélites (e eles tem câmeras mais precisas e com um zoom muito bom). Toda a superfície de Marte está mapeada, inclusive.

          • Você acabou de acabar com as minhas esperanças de encontrar ETs em Marte.

          • @Américo
            As fotos são essenciais para a resolução de problemas, navegação e tomada de decisões na missão. Elas forneceram evidências geológicas importantíssimas que não existem de forma química. A resolução que usam (de até 1600×1200) é suficiente para os propósitos científicos, e se adapta às restrições de largura de banda. Imagens de maior resolução (para fins paisagísticos) podem ser obtidas através da colagem de diversas fotos menores (como aquelas fotos de gigapixel que se pode achar por aí na internet), mas não são prioridade.

        • As imagens são armazenadas nas câmeras antes de serem transferidas para o computador principal. A câmera MARDI, por exemplo, tem 8GB. Não lembro quanto de memória as Mastcams tem, mas elas podem armazenar 5500 imagem em raw.

  • nao tem nada de mais nessas linhas de codigo, -.- quer algo mais dificil? o que o google faz aqui nas ruas onde carros conseguem ser automaticamente pilotados por computador, isso sim eh dificil agora um lugar onde so tem morro e barro, nao vi nada de mais.

  • Lucilene

    Eles não conseguem nem resolver os problenas do nosso planeta e tão querendo entender outro. Parece aquelas pessoas que tomam conta da vida dos outros para se esquecerem das suas.

    • Como você, por exemplo, ao fazer este comentário?

    • Rodolpho

      Seu comentário é típico de mentes medíocres. A pesquisa é a base de todo o desenvolvimento que temos aqui na Terra até hoje, Lucilene.

  • Uma informação bem legal que aficionei no artigo da Curiosity na Wikipedia em inglês é sobre a velocidade de transmissão de dados. A fonte tá no artigo da Wikipedia. Acho que seria legal se adicionssem essas informações ao artigo aqui do TB.

    A Curiosity pode se comunicar diretamente com a Terra a velocidades de até 32 kbit/s e com as orbitadoras Mars Reconnaissance Orbiter e Odyssey orbiter a 2 Mbit/s e 256 kbit/s, respectivamente. Cada orbitadora só pode se comunicar com a Curiosity durante aproximadamente 8 minutos por dia. Elas funcionam como estações de retransmissão para intermediar a comunicação da Curiosity com a Terra; elas têm antenas melhores e podem dedicar mais energia a essa tarefa, então conseguem velocidades melhores. Além disso, as orbitadoras conseguem “ver” a Terra durante mais tempo, então podem se comunicar conosco durante um período maior para realizar a troca de informações.
    A Curiosity tira fotos em resolução 1600×1200 e filma em 720p a 10fps. Imaginem a dor de cabeça que seria pra enviar todo esse volume de dados (e mais os dados de navegação e dos instrumentos científicos) por uma conexão de 32kbps. Foi adotada a estratégia de usar as orbitadoras como estações intermediárias porque elas permitem velocidades maiores nas transferências. Além disso, como elas estão bem mais próximas de Marte do que a Terra, a Curiosity pode utilizar menos potência para se comunicar com elas, economizando energia. De qualquer forma, essa largura de banda bastante limitada justifica a péssima resolução das imagens que temos visto até agora.
    E como Marte está a 14 minutos-luz da Terra, o “ping” da Curiosity é de uns 28 minutos. Pois é, nada de jogo online pros marcianos. 😛

  • Reator nuclear embarcado!!! Tá aí a solução para os aparelhos android!

  • marcelo

    Alias…acho que o software deveria ser o robozinho (android) nada seria mais justo kkkkkkkkkkk 😛

  • wesley

    Ridículo isso, como assim três sistemas UHF???

    Já pensou a distancia da Terra até Marte, se fosse tão fácil assim, por que ainda temos problemas com antenas de celulares. Ainda não acredito nisso!!!

    Sistemas wireless, que facilitam o acesso a internet nas areas rurais, com uma chuvinha já prejudica na transmissão.

    E outra, imaginem a latência, supondo que na Terra seria o servidor, e o Curitosity o cliente:

    – A latência(ping) seria enorme, seriam necessários dias e mais dias para receber ou executar um comando!!!!!!!!!!!!

    Ainda não acredito, parece que estamos sendo enganados novamente!

    • Alberto St

      Wesley, ridículo é um comentário como o seu, totalmente esquizofrênico da realidade.

      O mundo tem centensa de milhares de engenheiros de telecomunicações, que estudam o conhecimento de décadas sobre transmissão de informação modulada por ondas de qualquer tipo, PhDs às pencas, gente pensando isso todos os dias, esse conhecimento aí citado é fichinha para eles, a tabuada básica.

      E nenhum deles, nem da Europa, nem do Japão, nem da China, nem de Cuba, nem do Brasil, perceberam essa “grande farsa” (mais uma) da NASA e só você viu, o ignorantão do assunto? Então você ignorante, que obviamente não vai acreditar, porque ignorância transforma tudo numa questão de “acredito x não acredito”, tem poder de vir a público questionar um conhecimento que não sabe e os que têm não falaram nada, nem em blogs, nem na imprensa, nada? Tudo é uma conspiração de PhDs e engenheiros da área de telecomuniçações para acobertarem mais uma “mentira” da NASA?

      Entendeu o tamanho da sua esquizofrenia e da sua ignorância? Estude, garotão, seja alguém, passe no vestibular na área, estude, informe-se com pessoas que sabem, escreva emails para professores da área nas universidades perguntando como funciona, perca seu tempo APRENDENDO, cresça, a gente só cresce conhecendo as coisas e aprendendo, assim você não passa fiasco.

      Ignorância que se faz de “sabidona” faz fiasco, sabia?