WVU aujourd’hui | Les ingénieurs de WVU créent un logiciel pour que les aérobots explorent Vénus

Les ingénieurs de l’Université de Virginie-Occidentale font avancer l’exploration en créant un logiciel de contrôle pour un groupe de robots aériens (aérobots) qui surveillera l’atmosphère de Vénus, la deuxième planète à partir du soleil.

Selon les chercheurs, Vénus a traversé un processus de changement climatique qui l’a transformée d’un environnement semblable à la Terre à un monde inhospitalier. Étudier Vénus peut aider à modéliser l’évolution du climat sur Terre et servir de référence pour ce qui peut arriver à l’avenir.

Guilherme Pereira et Yu Gu, professeurs agrégés au Département de génie mécanique et aérospatial, chargé de développer le logiciel des aérobots, qui sont des véhicules robotiques basés sur des ballons, espère jouer un rôle central dans ces découvertes. Leur étude est soutenue par un programme établi par la NASA de 100 000 $ pour stimuler la recherche concurrentielle.

L’objectif principal du projet est de proposer une solution logicielle qui permettra aux aérobots hybrides d’explorer l’atmosphère de Vénus, a déclaré Pereira. Bien que des véhicules hybrides aient été proposés avant ce projet, nous ne savons pas si un logiciel a été créé.

Un concept d’aérobot est la plate-forme maniable Venus Atmosphere, qui est un dirigeable hybride qui utilise à la fois la flottabilité et la portance aérodynamique pour contrôler son altitude. L’avantage d’un aérobot hybride est sa capacité, pendant la journée, à se comporter comme un avion, en collectant et en utilisant l’énergie du soleil pour entraîner ses moteurs, et, pendant la nuit, à flotter comme un ballon pour économiser de l’énergie.

La flottabilité du véhicule l’empêcherait de descendre en dessous de 50 km ou 31 miles, sous la surface de Vénus où la température est très élevée et endommagerait le véhicule, selon Pereira.

L’une des idées de notre projet est de prolonger la durée de vie de la batterie du véhicule en planifiant des trajets écoénergétiques, lui permettant ainsi de voler également la nuit, a déclaré Pereira.

La durée de vie de l’aérobot à l’altitude de croisière est de plusieurs mois à un an.

Pereira et Gu ont déclaré que leur logiciel aura trois objectifs principaux. La première consiste à créer un planificateur de mouvement pour les véhicules, afin qu’ils puissent être commandés pour passer de leur position actuelle à une position cible spécifiée par l’équipe scientifique de la NASA en utilisant un minimum d’énergie et en exploitant les vents de la planète. Le planificateur de mouvement est un logiciel qui s’exécutera dans l’ordinateur de l’aérobot.

Le planificateur de mouvement sera créé en comprenant la dynamique de l’aérobot, les propriétés de ses panneaux solaires et de ses batteries et les propriétés de l’atmosphère de Vénus, a déclaré Pereira. Avec la dynamique du véhicule, le planificateur ne considérera que les mouvements réalisables compte tenu de certaines entrées de l’avion, telles que la poussée provenant des hélices ou les déflexions des gouvernes.

Pereira a déclaré qu’il est important de comprendre les panneaux solaires et les batteries pour prendre en compte la charge dont dispose le véhicule pour alimenter ses systèmes et son taux de recharge en fonction de l’intensité solaire.

La compréhension de l’atmosphère fournit aux robots des quantités telles que la direction et la magnitude du vent, la pression, la température et l’intensité solaire, a déclaré Pereira.

Avec ces modèles, le planificateur de mouvement calculera le meilleur itinéraire pour l’aérobot.

Nous essayons de proposer une stratégie énergétique optimale, a déclaré Pereira. Ceci est important car le véhicule sera en orbite autour de l’atmosphère de Vénus dans environ quatre jours. Il sera exposé à de longues périodes sans lumière du côté obscur de la planète et il doit avoir suffisamment d’énergie pour survivre à ces périodes.

Selon Pereira, le planificateur de mouvement aura accès à la position de l’aérobot dans l’atmosphère de Vénus et à l’emplacement de l’objectif souhaité. Il aura également accès à des informations sur l’atmosphère entre ces deux positions.

À partir de la position initiale, le planificateur simulera différents mouvements que l’aérobot pourrait effectuer et associera des coûts pour chacun d’eux en fonction des quantités mentionnées précédemment, a déclaré Pereira.

Par exemple, si le vent souffle dans la même direction que le mouvement de l’aérobot, cela coûterait moins cher que de se déplacer dans le sens contraire du vent.

Après cela, le planificateur de mouvement continuera à propager les mouvements de l’aérobot à moindre coût, créant un arbre de possibilités jusqu’à ce que nous atteignions notre destination, a déclaré Pereira.

Le deuxième objectif de ce projet est de localiser les véhicules aérobots dans l’atmosphère à l’aide d’informations provenant d’autres véhicules et de cartes de la planète. Il n’y a actuellement pas de GPS dans Vénus, donc la localisation est difficile.

Cette approche de localisation permettra à plusieurs robots d’être moins perdus en groupe lorsqu’ils explorent Vénus.

Gu et Pereira prévoient d’utiliser différents types de cartes pour la localisation.

Nous évaluons la possibilité d’utiliser des cartes créées avant la mission, très probablement une carte topographique de Vénus pour aider les robots à se localiser, a déclaré Gu.

Le troisième objectif de ce projet est de coordonner les véhicules afin qu’ils aient une meilleure localisation et une meilleure estimation des conditions atmosphériques.

La répartition spatiale des aérobots dans l’atmosphère peut permettre à chaque aérobot d’avoir une meilleure connaissance du champ de vent 3D si chaque véhicule partage le flux de vent dans son voisinage, selon Pereira.

PLes recherches d’ereira et de Gus seront basées sur des modèles de vent de Vénus créés par la NASA. Les chercheurs proposent également que les aérobots soient équipés de capteurs de vent pouvant être utilisés pour estimer le vent local.

L’importance du flux de vent est liée au fait qu’il peut être exploité pour amener l’aérobot aux emplacements souhaités, a déclaré Pereira. Tout comme les sprinteurs aux Jeux olympiques lorsqu’ils obtiennent de meilleures notes s’ils subissent un vent arrière. Si le vent est dirigé vers le but de l’avion, le mouvement de l’aérobot sera aidé par le vent et, par conséquent, la trajectoire sera plus efficace énergétiquement.

Pour tester cela, Pereira et Gu prévoient de développer un simulateur d’atmosphère de Vénus, où ils évalueront la fonctionnalité des aérobots.

Plusieurs missions exploratoires sur Vénus ont collecté des données sur le vent, la température, la pression et la densité de l’air, a déclaré Pereira. Ces informations ont ensuite été utilisées pour créer un simulateur où, compte tenu de la latitude, de la longitude et de l’altitude du véhicule, nous calculons toutes les forces agissant sur le véhicule.

Aux côtés de Pereira et Gu sur le projet se trouvent Bernardo Martinez Rocamora Jr. et Chizhao Yang, doctorants en génie aérospatial et mécanique, et Anna Puigvert i Juan, étudiante à la maîtrise en génie mécanique.

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Collège d’ingénierie et de ressources minérales Statler
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