Vindingrijkheid, NASA's technologie-experiment, bereidt zich voor op de eerste bemande vlucht naar de Rode Planeet. Wanneer de rover NASA-doorzettingsvermogen zal op 18 februari 2021 op Mars landen, het zal een kleine maar machtige passagier vervoeren: de Ingenuity Martian-helikopter.
De helikopter, die op aarde ongeveer 1,8 kg weegt en een romp heeft ter grootte van een tissuedoos, verscheen zes jaar geleden als een onwaarschijnlijk vooruitzicht. Ingenieurs van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië wisten dat het theoretisch mogelijk was om in de dunne atmosfeer van Mars te vliegen, maar niemand wist zeker of ze een voertuig konden bouwen dat krachtig genoeg was om autonoom te vliegen, te communiceren en te overleven met extreme beperkingen aan de massa. Vervolgens moest het team tijdens tests op aarde bewijzen dat het kan vliegen onder de omstandigheden van Mars. Momenteel bereidt het team zich voor om het apparaat te testen in de echte omstandigheden van Mars. Ingenuity ervoer sterke lanceringstrillingen op 30 juli 2020 en stortte zich in de atmosfeer van Mars aan boord van Perseverance.
Ingenuity is een vluchtexperiment
De Mars Ingenuity-helikopter is een zogenaamde technologiedemonstratie – een nauw gericht project dat tot doel heeft voor het eerst nieuwe mogelijkheden te testen. Eerdere demonstraties van baanbrekende technologie waren onder meer de eerste Marsrover, Sojourner, en de Mars Cube One (MarCO) CubeSats die over Mars vlogen.
De helikopter vervoert geen wetenschappelijke instrumenten en maakt geen deel uit van de wetenschappelijke missie Perseverance. Het doel van Ingenuity is technisch: het demonstreren van de vlucht van een girovliegtuig in de extreem dunne atmosfeer van Mars, waarvan de dichtheid slechts ongeveer 1% is van de dichtheid van onze atmosfeer op aarde. Het Ingenuity-team zal maximaal vijf testvluchten uitvoeren tijdens het demonstratievenster van 30 Marsdagen (31 Aardedagen).
Mars zal niet erg aardig zijn voor Ingenuity
Omdat de atmosfeer van Mars zo dun is, is Ingenuity ontworpen om licht te zijn, met rotorbladen die veel groter zijn en veel sneller draaien dan die nodig zouden zijn voor een helikopter met de massa van Ingenuity op aarde.
Op de Rode Planeet is de temperatuur 's nachts min 90 graden Celsius in de Jezero-krater, de landingsplaats van de rover en helikopter. Deze temperaturen zullen de grenzen verleggen van het oorspronkelijke ontwerp van afgewerkte onderdelen die in Ingenuity worden gebruikt. Tests op aarde bij voorspelde temperaturen laten zien dat de onderdelen van Ingenuity zouden moeten werken zoals bedoeld, maar het team kijkt uit naar echte tests op Mars.
"Een van de eerste dingen die Ingenuity zal moeten doen als het op Mars aankomt, is de eerste nacht overleven", zegt Tim Canham, Ingenuity's operations manager bij JPL.
Vindingrijkheid hangt af van doorzettingsvermogen
Ingenuity zit aan de zijkant onder de buik van de Perseverance-rover, met een hoes om hem te beschermen tegen puin dat tijdens de landing wordt opgeworpen. Zowel de rover als de helikopter zijn veilig gehuisvest in de capsule van het ruimtevaartuig tijdens zijn reis van 471 miljoen kilometer naar Mars. Het voedingssysteem van het Mars 2020-ruimtevaartuig laadt onderweg periodiek de batterijen van Ingenuity op.
Om het oppervlak van Mars te bereiken, zullen Ingenuity en Perseverance samen vertrekken bij de landing. Het ingangs-, daal- en landingssysteem van de rover omvat een supersonische parachute, nieuwe "hersenen" voor het autonoom vermijden van gevaren en onderdelen voor een manoeuvreerbare kraan die de rover naar de oppervlakte zal laten zakken. Slechts ongeveer 50% van de pogingen van een ruimtevaartorganisatie om op Mars te landen, is succesvol geweest.
Zodra een geschikte locatie voor de helikopter is gevonden, laat het Mars Helicopter Delivery System het landingsplatform vallen, keert de helikopter terug naar een neerwaartse positie en laat Ingenuity voorzichtig naar de oppervlakte zakken. Tijdens de gehele inbedrijfstellingscampagne en testvluchten van de helikopter zal de rover de communicatie met de aarde onderhouden.
Vindingrijkheid is erg slim voor een kleine robot
Vertragingen zijn een integraal onderdeel van communicatie met ruimtevaartuigen op interplanetaire afstanden, wat betekent dat Ingenuity-vluchtcontrollers bij JPL de helikopter niet met een joystick kunnen besturen. In feite kunnen ze de technische gegevens of afbeeldingen van de vlucht niet bekijken terwijl deze vordert.
Op deze manier zal Ingenuity zijn eigen beslissingen nemen op basis van parameters die zijn ingesteld door zijn ingenieurs op aarde. Zo heeft de helikopter een soort programmeerbare thermostaat die het warm zal houden op Mars. Tijdens de vlucht analyseert Ingenuity sensorgegevens en terreinbeelden om ervoor te zorgen dat het op het door de ingenieurs van het project gedefinieerde vliegpad blijft.
Het Ingenuity-team gaat stap voor stap op weg naar succes
Gezien het experimentele karakter van Ingenuity heeft het team een lange lijst met mijlpalen waaraan de helikopter moet voldoen voordat deze in het voorjaar van 2021 kan opstijgen en landen. Het team definieerde ze als volgt:
- Overleef de cruise naar Mars en maak een succesvolle landing
- Veilig bovenkomen onder Perseverance
- Autonome verwarming in zeer koude Marsnachten
- Onafhankelijk opladen via het zonnepaneel op de rotoren
- Succesvolle communicatie met de helikopter en terug via een subsysteem dat bekend staat als het Mars Helicopter Base Station
Als de eerste experimentele testvluchten op een andere planeet slagen, zal het Ingenuity-team nog enkele testvluchten maken.
Het succesvolle werk van Ingenuity zal de toekomst van de verkenning van Mars veranderen
Ingenuity is ontworpen om de technologieën en unieke operaties te demonstreren die nodig zijn om in de atmosfeer van Mars te vliegen. Indien succesvol, kunnen deze technologieën en de ervaring van het vliegen met een helikopter op een andere planeet leiden tot de creatie van andere geavanceerde robotvliegtuigen die onderdeel kunnen worden van toekomstige robot- en menselijke missies naar Mars.
Mogelijke toepassingen van een toekomstige helikopter op Mars zijn onder meer het bieden van een uniek uitkijkpunt dat niet wordt geboden door de huidige orbiters, rovers en landers op aarde; high-definition beeldvorming en intelligentie voor robots of mensen; en toegang tot terrein moeilijk voor terreinwagens. De helikopter van de toekomst zou zelfs kunnen helpen bij het vervoeren van lichte maar vitale ladingen van de ene plaats naar de andere.
Lees ook:
- De nieuwe DuAxle rover kan gaan waar anderen nooit van gedroomd hebben
- NASA's Curiosity Rover viert 3000 dagen op Mars