Einfallsreichtum, das Technologieexperiment der NASA, bereitet den ersten bemannten Flug zum Roten Planeten vor. Als der Rover NASA Ausdauer am 18. Februar 2021 auf dem Mars landen wird, wird sie einen kleinen, aber feinen Passagier befördern: der Ingenuity Mars-Helikopter.
Der Hubschrauber, der auf der Erde etwa 1,8 kg wiegt und einen Rumpf von der Größe einer Taschentuchbox hat, erschien vor sechs Jahren als unwahrscheinlicher Anblick. Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien wussten, dass es theoretisch möglich war, in der dünnen Atmosphäre des Mars zu fliegen, aber niemand war sich sicher, ob sie ein Fahrzeug bauen könnten, das stark genug ist, um zu fliegen, zu kommunizieren und autonom mit extremen Einschränkungen seiner Masse zu überleben. Dann musste das Team bei Tests auf der Erde beweisen, dass es unter den Bedingungen des Mars fliegen kann. Derzeit bereitet sich das Team darauf vor, das Gerät unter realen Bedingungen auf dem Mars zu testen. Ingenuity erlebte am 30. Juli 2020 starke Startvibrationen, als sie an Bord der Perseverance in die Marsatmosphäre eintauchte.
Ingenuity ist ein Flugexperiment
Der Helikopter Mars Ingenuity ist eine sogenannte Technologiedemonstration – ein eng fokussiertes Projekt, dessen Zweck es ist, erstmals neue Möglichkeiten zu testen. Frühere Demonstrationen bahnbrechender Technologie umfassten den ersten Mars-Rover, Sojourner, und die Mars Cube One (MarCO) CubeSats, die über den Mars flogen.
Der Hubschrauber trägt keine wissenschaftlichen Instrumente und ist nicht Teil der wissenschaftlichen Mission Perseverance. Das Ziel von Ingenuity ist ein technisches: den Flug eines Drehflüglers in der extrem dünnen Atmosphäre des Mars zu demonstrieren, deren Dichte nur etwa 1 % der Dichte unserer Atmosphäre auf der Erde beträgt. Das Ingenuity-Team wird während des Demonstrationsfensters von 30 Marsmenschen (31 Erdtagen) bis zu fünf Testflüge durchführen.
Mars wird nicht sehr freundlich zu Ingenuity sein
Da die Marsatmosphäre so dünn ist, ist Ingenuity auf Leichtigkeit ausgelegt, mit Rotorblättern, die viel größer sind und sich viel schneller drehen, als die, die für einen Hubschrauber mit der Masse von Ingenuity auf der Erde erforderlich wären.
Auf dem Roten Planeten beträgt die Temperatur nachts minus 90 Grad Celsius im Jezero-Krater, dem Landeplatz von Rover und Helikopter. Diese Temperaturen werden die Grenzen des ursprünglichen Designs von fertigen Teilen, die in Ingenuity verwendet werden, erweitern. Tests auf der Erde bei vorhergesagten Temperaturen zeigen, dass die Teile von Ingenuity wie beabsichtigt funktionieren sollten, aber das Team freut sich auf echte Tests auf dem Mars.
„Eines der ersten Dinge, die Ingenuity tun muss, wenn es den Mars erreicht, ist, einfach seine erste Nacht zu überleben“, sagte Tim Canham, Betriebsleiter von Ingenuity bei JPL.
Einfallsreichtum hängt von Ausdauer ab
Ingenuity sitzt auf der Seite unter dem Bauch des Perseverance-Rover, mit einer Abdeckung, um ihn vor Trümmern zu schützen, die während der Landung hochgeschleudert werden. Sowohl der Rover als auch der Hubschrauber sind während seiner 471 Millionen Kilometer langen Reise zum Mars sicher in der Kapsel des Raumfahrzeugs untergebracht. Das Energiesystem der Raumsonde Mars 2020 lädt die Batterien von Ingenuity auf dem Weg dorthin regelmäßig auf.
Um die Marsoberfläche zu erreichen, werden Ingenuity und Perseverance bei der Landung gemeinsam aufbrechen. Das Einstiegs-, Abstiegs- und Landesystem des Rovers umfasst einen Überschallfallschirm, neue „Gehirne“ zur autonomen Gefahrenvermeidung und Komponenten für einen manövrierfähigen Kran, der den Rover auf die Oberfläche absenkt. Nur etwa 50 % der Versuche einer Weltraumbehörde, auf dem Mars zu landen, waren erfolgreich.
Sobald ein geeigneter Standort für den Helikopter gefunden ist, lässt das Mars Helicopter Delivery System den Landeplatz fallen, bringt den Helikopter in eine untere Position zurück und lässt Ingenuity sanft auf die Oberfläche ab. Während der gesamten Inbetriebnahmekampagne und der Flugtests des Hubschraubers wird der Rover die Kommunikation mit der Erde aufrechterhalten.
Einfallsreichtum ist sehr schlau für einen kleinen Roboter
Verzögerungen sind ein wesentlicher Bestandteil der Kommunikation mit Raumfahrzeugen in interplanetaren Entfernungen, was bedeutet, dass Ingenuity-Fluglotsen am JPL den Hubschrauber nicht mit einem Joystick steuern können. Tatsächlich können sie die technischen Daten oder Bilder des Fluges nicht einsehen, während er fortschreitet.
Auf diese Weise wird Ingenuity seine eigenen Entscheidungen auf der Grundlage von Parametern treffen, die von seinen Ingenieuren auf der Erde festgelegt wurden. Der Helikopter hat zum Beispiel eine Art programmierbares Thermostat, das ihn auf dem Mars warm halten soll. Während des Fluges analysiert Ingenuity Sensordaten und Geländebilder, um sicherzustellen, dass es auf der von den Projektingenieuren definierten Flugbahn bleibt.
Das Ingenuity-Team bewegt sich Schritt für Schritt in Richtung Erfolg
Angesichts des experimentellen Charakters von Ingenuity hat das Team eine lange Liste von Meilensteinen, die der Hubschrauber erfüllen muss, bevor er im Frühjahr 2021 starten und landen kann. Das Team definierte sie wie folgt:
- Überlebe die Kreuzfahrt zum Mars und lande erfolgreich
- Sichere Oberfläche unter Ausdauer
- Autonome Heizung in sehr kalten Marsnächten
- Unabhängiges Laden vom Solarpanel auf den Rotoren
- Erfolgreiche Kommunikation mit dem Hubschrauber und zurück über ein Subsystem, das als Mars Helicopter Base Station bekannt ist
Wenn die ersten experimentellen Flugtests auf einem anderen Planeten erfolgreich sind, wird das Ingenuity-Team mehrere weitere Testflüge durchführen.
Die erfolgreiche Arbeit von Ingenuity wird die Zukunft der Marserkundung verändern
Ingenuity wurde entwickelt, um die Technologien und einzigartigen Operationen zu demonstrieren, die zum Fliegen in der Marsatmosphäre erforderlich sind. Wenn sie erfolgreich sind, könnten diese Technologien und die Erfahrung, einen Hubschrauber auf einem anderen Planeten zu fliegen, zur Entwicklung weiterer fortschrittlicher Roboterflugzeuge führen, die Teil zukünftiger Roboter- und Menschenmissionen zum Mars werden könnten.
Zu den möglichen Anwendungen eines zukünftigen Hubschraubers auf dem Mars gehört die Bereitstellung eines einzigartigen Aussichtspunkts, den aktuelle Orbiter, Rover und Lander auf der Erde nicht bieten; hochauflösende Bildgebung und Intelligenz für Roboter oder Menschen; und der Zugang zum Gelände schwierig für Geländefahrzeuge. Der Hubschrauber der Zukunft könnte sogar dabei helfen, leichte, aber lebenswichtige Nutzlasten von einem Ort zum anderen zu transportieren.
Lesen Sie auch:
- Der neue DuAxle-Rover kann Orte erreichen, von denen andere nie geträumt haben
- Der Curiosity Rover der NASA feiert 3000 Tage auf dem Mars