Resumo Técnico: RocketSmith – Um Sistema Agêntico para Design e Fabricação de Foguetes de Alta Potência

Declaração do Problema

O design e a fabricação de veículos de lançamento são desafios inerentemente multifacetados que exigem conhecimento especializado em propulsão, estruturas mecânicas e materiais. Embora o desenvolvimento tradicional dependa de equipes interdisciplinares colaborativas, a foguetemodelagem de alta potência (Classe 2) frequentemente reduz essas escalas para esforços individuais. Essa redução de escala introduz uma fricção significativa entre as diversas ferramentas de software necessárias para simulação de voo, design paramétrico e fabricação. Especificamente, o ciclo iterativo entre as especificações de design e as realidades de fabricação (por exemplo, disponibilidade de peças, massa real dos componentes e recálculos de estabilidade) é frequentemente prolongado pela coordenação manual e discussões internas. Há uma necessidade de um sistema que possa agilizar esse ciclo de desenvolvimento iterativo, automatizando a transição da simulação de voo para a geração de CAD paramétrico e criação de arquivos de fabricação, mantendo simultaneamente as restrições de estabilidade e desempenho.

Metodologia

Os autores apresentam o RocketSmith, um sistema agêntico construído sobre o Model Context Protocol (MCP) e lançado como um plugin para harnesses de agentes como Claude Code e Gemini-CLI. O sistema orquestra o fluxo de trabalho de design, simulação e fabricação por meio de uma combinação de subagentes, habilidades (skills) e capacidades de chamada de ferramentas (tool-calling).

Arquitetura de Software e Integração de Ferramentas

O pipeline central integra três ferramentas de software primárias:

1. OpenRocket: Serve como a "fonte da verdade" para o design do foguete e simulação de voo. O sistema utiliza o pacote OpenRocket Helper para acessar programaticamente a plataforma baseada em Java, permitindo que o agente crie árvores de componentes, modifique massa/dimensões e execute simulações de voo para prever apogeu, velocidade e estabilidade.
2. build123d: Uma biblioteca de CAD paramétrico que envolve o OpenCASCADE. Ao contrário das abordagens de 3D generativo (ex: modelos de difusão), o RocketSmith utiliza o build123d para gerar arquivos STEP determinísticos e baseados em scripts. Isso permite ajustes geométricos precisos (ex: alterar o raio de um filete) sem regenerar todo o sólido, garantindo que o output seja um formato de intercâmbio padrão da indústria, adequado para processos subsequentes de fatiamento.
3. PrusaSlicer: Utilizado para fatiar os arquivos STEP gerados para Modelagem de Deposição Fundida (FDM). O sistema utiliza esta ferramenta para obter estimativas de peso precisas baseadas em materiais específicos (PETG ou ABS), preenchimento (infill) e configurações de impressão, alimentando esses dados de volta ao OpenRocket para recálculos de estabilidade.

Componentes do Sistema Agêntico

• Subagentes: O sistema emprega seis subagentes especializados (rocketsmith, cadsmith, gui, manufacturing, openrocket, praslicer) para compartimentar o contexto. Isso evita a poluição da janela de contexto e permite que agentes específicos gerenciem as interações de API para seus respectivos domínios (ex: o agente de manufacturing lida com verificações de Design para Manufatura Aditiva - DFAM).
• Habilidades (Skills): Sete habilidades distintas guiam o fluxo de trabalho: motor-selection (seleção de motor), stability-analysis (análise de estabilidade), design-for-additive-manufacturing (design para manufatura aditiva), generate-structures (gerar estruturas), modify-structures (modificar estruturas), mass-calibration (calibração de massa) e print-preparation (preparação de impressão). O fluxo de trabalho geralmente começa com a seleção do motor, seguida pela verificação de estabilidade, geração estrutural, modificações menores (ex: adicionar furos para parafusos) e, finalmente, preparação para o fatiamento.
• Humano no Ciclo (Human-in-the-Loop): O sistema opera nos modos zero-shot e human-in-the-loop. Uma Interface Gráfica de Usuário (GUI) visualiza o estado do agente, árvores de componentes e modelos CAD, permitendo que o usuário intervenha, solicite ajustes (ex: paredes mais espessas) e valide os resultados antes da fabricação.

Configuração Experimental e Fabricação

O sistema foi avaliado através do design e fabricação de quatro foguetes distintos de alta potência (High Power 1–4) com configurações de motor variadas (AeroTech H100W, H219T e J425R) e complexidades de montagem.

• Materiais: Os componentes foram fabricados usando impressoras FDM (Ender 3, Ender 5 Plus e Voron-2-Tall) com filamentos PETG e ABS, selecionados por suas temperaturas de deflexão térmica.
• Variações de Design: Os foguetes variaram de montagens simples de duas partes a designs multiestágio complexos com compartimentos de aviônicos. O High Power 2 foi projetado especificamente para caber nos volumes de construção de impressoras comerciais, enquanto o High Power 1 e 4 utilizaram impressão de grande formato para fuselagens mais longas.
• Testes de Voo: Todos os quatro foguetes foram testados em voo no Dragon's Fire Field sob supervisão da Tripoli Rocketry Association. Dois foguetes (High Power 1 e 4) foram equipados com altímetros StratoLogger CF e câmeras RunCam 5 para telemetria e gravação de vídeo.

Resultados

Os testes de voo produziram resultados mistos, porém informativos, sobre a capacidade do sistema em produzir hardware pronto para voo:

• Estabilidade de Lançamento: Todos os quatro foguetes alcançaram lançamentos estáveis, sem inclinação fora do eixo ou efeito de "weathercocking" durante a fase de impulso.
• Resultos de Recuperação:
  • High Power 3: Recuperado com sucesso em condição de voo reutilizável após cair em uma árvore (a separação ocorreu durante a recuperação, não durante o voo).
  • High Power 4: Recuperado com sucesso em condição de voo reutilizável com esforço mínimo.
  • High Power 1: Sofreu uma falha estrutural catastrófica na parte inferior da fuselagem durante o deploy da recuperação devido a uma carga de ejeção atrasada, embora a eletrônica tenha sido recuperada.
  • High Power 2: Falhou na separação do compartimento de recuperação, resultando em um impacto balístico e danos estruturais.
• Métricas de Desempenho de Voo:
  • Precisão de Apogeu: Para os foguetes instrumentados, o apogeu medido coincidiu de perto com as simulações. O High Power 1 atingiu 80% da altitude esperada e o High Power 4 atingiu 84%.
  • Velocidade e Aceleração: Os valores medidos para o High Power 4 foram ligeiramente inferiores aos previstos (92,4 m/s vs. 115,2 m/s de velocidade máxima), provavelmente devido ao arrasto aerodinâmico ou variações de massa não totalmente capturadas na simulação inicial.

Principais Contribuições e Significância

O artigo afirma que o RocketSmith demonstra a viabilidade do uso de sistemas agênticos para gerenciar autonomamente o complexo e iterativo ciclo de vida do desenvolvimento de foguetes de alta potência.

• Automação da Iteração: O sistema conseguiu fechar o loop entre simulação, geração de CAD e estimativa de peso de fabricação, reduzindo a fricção tipicamente associada à troca manual de ferramentas.
• Design para Manufatura (DFM): Ao integrar os dados de peso do PrusaSlicer de volta ao OpenRocket, o sistema permitiu a otimização iterativa da estabilidade baseada em restrições de fabricação realistas, em vez de valores teóricos.
• Validação de Fluxos de Trabalho Agênticos: O lançamento e a recuperação parcial de quatro foguetes distintos validam que um agente baseado em LLM pode lidar com o raciocínio específico de domínio necessário para design mecânico e planejamento de montagem.

Os autores concluem que, embora o sistema reduza significativamente o tempo de desenvolvimento e a fricção, a supervisão humana permanece crítica para tarefas especializadas, como finalizar coberturas de eletrônicos complexos e garantir tolerâncias de fabricação. O trabalho estabelece uma base para futuros sistemas agênticos em aplicações de engenharia de domínio específico, provando que tais sistemas podem produzir designs adequados para fabricação real e testes de voo.