Nos poucos minutos finais da aterrissagem de uma espaçonave, ela se move a velocidades hipersônicas através de muitas camadas da atmosfera. Saber a densidade do ar fora do veículo pode ter um efeito substancial no ângulo de descida e na capacidade de acertar um ponto de pouso específico. Mas os sensores de densidade do ar que podem suportar as condições hipersônicas adversas são incomuns. Um estudante da Holanda, trabalhando com um engenheiro aeroespacial na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, desenvolveu um algoritmo que pode ser executado a bordo de um veículo, fornecendo dados importantes em tempo real para ajudar na direção da embarcação, particularmente durante a entrada crucial, descida, e estágio de pouso.

"O algoritmo que criamos pode ser executado durante o voo, a bordo do veículo e estime como é a atmosfera externa, "disse Hamza El-Kebir, graduado na Delft University of Technology. "Portanto, esta é uma virada de jogo completa, porque agora você pode usar o conhecimento prévio sobre o movimento do veículo para estimar a densidade do ar, informar suas decisões durante o vôo, e fazer pequenas alterações em seu curso. Isso pode fornecer mais certeza de que você vai chegar a esse ponto, em vez de lidar com uma orientação realmente conservadora. "

El-Kebir conduziu a pesquisa com Melkior Ornik, professor assistente no Departamento de Engenharia Aeroespacial da U of I, durante um programa de semestre no exterior e começará a pós-graduação em Illinois no outono. Ele disse que seu trabalho é novo porque usa dados de sensores que não foram concebidos para fornecer dados de densidade do ar. "Ele extrai essas informações de densidade usando algoritmos realmente interessantes que não exigem nenhum conhecimento real da aerodinâmica ou da atmosfera."

Ornik explicou como o algoritmo aprende a densidade do ar. "O algoritmo começa do quase nada. Ele não sabe nada sobre a densidade do ar. Ele reúne dados de acelerômetros e giroscópios disponíveis em qualquer veículo para coletar dados, e combina-o com o conhecimento prévio sobre a taxa máxima de aceleração para obter uma estimativa variável no tempo da densidade do ar. E fica, num sentido, mais inteligente com o tempo. Ele muda suas estimativas a bordo, com base nos dados de entrada que recebe. "

El-Kebir e Ornik usaram dados adquiridos na entrada, descida, e o pouso da sonda Phoenix - uma sonda científica de Marte - representando os últimos 220 segundos, a fase balística, até a implantação do paraquedas.

"Não há direção na parte posterior dessa fase, portanto, é realmente importante saber imediatamente a densidade do ar no regime de fluxo rarefeito - de cerca de 80 quilômetros e acima. Quando entra naquela parte posterior, seu ângulo de trajetória de vôo fica fixo e o veículo apenas desce, e quase não é afetado pela direção do vento, "El-Kebir disse.

E se a Fênix tivesse o algoritmo?

"Se você conhece a densidade do ar, você pode estimar seu ângulo de ataque em relação ao vento. Você também pode prever como será a densidade no futuro, para que você possa tomar decisões. Não havia controle em Phoenix durante o estágio balístico. Se tivesse o conhecimento da densidade do ar, teria uma vantagem. Eles poderiam ter aproveitado os dados e pousado com mais precisão. "

Ornik disse que muitas vezes existe uma suposição de que existe um modelo fixo que conhecemos com antecedência e descobrimos métodos de controle que levam o veículo até o solo. "Essa é muitas vezes uma suposição forte. Muitas vezes está errada porque não se trata apenas da densidade do ar. Devido à velocidade e ao impacto com o ar, os veículos hipersônicos mudam ligeiramente de forma durante o vôo e isso muda sua dinâmica durante o vôo. "

"Portanto, não temos um modelo unificado que descreva todo o vôo porque a dinâmica muda gradualmente ao longo do tempo. Conhecemos a taxa máxima de mudança, então, com este algoritmo, podemos explorar esse conhecimento para criar uma estimativa, "Ornik disse.

El-Kebir disse que existem outros campos aos quais esse conhecimento pode ser aplicado, mesmo fora da indústria aeroespacial e até de veículos. Ele está procurando maneiras de usá-lo em eletrocirurgia para prever o campo de temperatura durante uma operação cirúrgica para que o cirurgião possa saber a profundidade do corte.