Desde o século passado que a exploração espacial ocupa um tema central no desenvolvimento tecnológico, acompanhada pela robotização dos processos inerentes. O número de missões não tripuladas antecedentes à primeira missão tripulada Apollo 11, ronda as três dezenas, tal como apresentado no Subcapítulo 1.1. Realçando principalmente a importância geológica e geotécnica das missões Luna 2 e 13, e Surveyor 3 e 5, ficou totalmente comprovado que, nos dias de hoje, a investigação espacial já não é entendida como um estudo científico teórico sem fundamento prático. Estas missões incluíram inúmeras experiências científicas a bordo, capazes de recolher informação e transmiti-la em tempo real.
Neste sentido, tanto a ESA como a NASA, aliadas a grandes empresas internacionais, já demonstraram interesse em inicializar a construção de infraestruturas espaciais. Para este efeito, torna-se completamente imprescindível a caracterização geotécnica e o conhecimento profundo da geologia do planeta, astro ou satélite.
Na medida do exequível, as avaliações destrutivas em laboratório têm vindo a ser substituídas por dispositivos portáteis capazes de caracterizar materiais rochosos in-situ. Porém, também as análises dos dados na Terra são relevantes, bem como a realização de missões tripuladas justificadas pelo peso da observação humana. Na missão Apollo 17, Harrison Schmidt, o primeiro astronauta com experiência em geotecnia, teve a oportunidade de confirmar o mapa topográfico da Lua e de reconhecer indícios de atividade vulcânica, durante as suas travessias geológicas.
A medição de dureza de solos, amostras ou superfícies rochosas é capaz de extrapolar várias características do material em teste, nomeadamente sobre a sua resistência à compressão, propriedade mecânica elementar para tomar decisões estruturais sobre os materiais. Várias missões englobaram medições de dureza usando penetrómetros. É de realçar a Luna 13, que incluía o medidor automático no Rover Lunokhod, e as Apollo 14, 15 e 16, cujo medidor requeria operações manuais por parte dos astronautas.
O objetivo principal desta dissertação é selecionar o método de medição de dureza mais adequado a testar rochas em ambiente espacial. Apesar de todas as medições de dureza realizadas quer na Lua, em Marte ou em Vénus, terem usado penetrómetros, realizou-se uma análise comparativa entre todos os medidores.
O ensaio Shore primou pelo baixo preço e reduzida massa do equipamento, contudo, apenas permite medições em rochas de resistência elevada ou muito elevada. Os penetrómetros estáticos demonstraram vantagens como a não necessidade de preparação da amostra, o registo contínuo da tensão aplicada e a possibilidade de atuar em qualquer direção. O preço elevado e a possibilidade de apenas avaliar rochas com resistência extremamente baixa, muito baixa e
baixa são os principais inconvenientes do seu uso. Por outro lado, os penetrómetros dinâmicos são mais baratos, porém, possuem as mesmas desvantagens dos estáticos e são mais pesados. O martelo de Schmidt apresentou-se como uma alternativa muito leve, barata e simples. Todavia, a alta energia de impacto associada requer amostras grandes e permite-lhe apenas testar materiais rochosos de resistência mediana e elevada. O Equotip apesar de ser mais caro e sensível a rugosidades, estabeleceu-se como a possibilidade mais abrangente, capaz de avaliar desde rochas de baixa a elevada resistência, e com dimensões mínimas das amostras muito simplificadas.
O maior problema relativo ao uso de equipamentos de ressalto em medições de dureza é a influência da orientação e da aceleração da gravidade no seu princípio de funcionamento, alterando a veracidade dos resultados. Ainda assim, considerou-se justificável a seleção do Equotip como o instrumento mais indicado a ser incluído em missões espaciais, sobretudo pela possibilidade de o utilizar não só em amostras ou solos, mas também em componentes estruturais das sondas ou dos Rovers que possam requerer avaliação do desgaste. Deste modo, foi necessário constituir uma proposta de solução para a afetação da gravidade na medição, fundamentada nas tabelas de compensação da orientação de impacto fornecidas pela Proceq®.
Analisando pormenorizadamente as tabelas de compensação da direção de medição e tomando uma abordagem teórica do princípio de ressalto, foi possível deduzir que a compensação da variação da gravidade deverá evoluir no mesmo sentido. Esta proposta apenas seria validada baseando-se no estudo dos fatores constituintes do Equotip que podem ser influenciados pela alteração da gravidade, realçando assim a necessidade de desenvolvimento de um modelo detalhado do processo de medição e do instrumento em si.
Apesar de vários investigadores já utilizarem o Equotip nas mais variadas vertentes de pesquisa, o mesmo nunca foi utilizado em ambiente espacial. Ao longo desta investigação foi possível analisar o seu desempenho num voo parabólico, em microgravidade e gravidade lunar. A experiência realizada dentro do FALCON20 permitiu obter os primeiros resultados de dureza em duas amostras rochosas através do Equotip, e comparar com os resultados obtidos em laboratório. A experiência em gravidade alterada deste tipo de equipamento foi inédita, e foi uma abordagem preliminar para se formalizar uma primeira perceção do comportamento do equipamento, de forma a melhorar este tipo de tecnologia no futuro.
Para analisar a precisão das suas medições e finalmente assegurar a sua capacidade de atuar no espaço, seria necessário conjeturar a compensação da gravidade e validar a mesma, com base em mais dados recolhidos em campanhas de microgravidade, daí a sua importância.
O Equotip, como proposto ao longo deste trabalho, poderia ser facilmente instalado num sistema multirobótico para a realização de medições parcial ou totalmente automáticas. A integração do instrumento num fato espacial e num Rover, baseada num modelo conceptual, serviu como prova de conceito para a sua empregabilidade em missões espaciais, tanto tripuladas como não tripuladas. Foram então propostos dois sistemas para a medição da dureza em rochas e superfícies rochosas, in-situ e de uma forma expedita: o SPACeSURT (SPACe System Unit for Rock Testing) e o GEO-MiNO (GeoRobotics for Material exploration and iNtegrated Operations).
Estes modelos, apesar de conceptuais, são um importante contributo como ponto de partida para o desenvolvimento de sistemas georobóticos para a exploração espacial.
Ambos os sistemas poderão incluir diversos equipamentos relacionados com estudos geológico-geotécnicos e geomecânicos, bem como sensores geofísicos, entre outros componentes. O intuito seria participar no desenvolvimento da engenharia em ambientes extremos e na construção e arquitetura na Lua e Marte. Por outro lado, poderia motivar a prospeção de recursos minerais no espaço, incluindo também outros corpos celestes.