Påhittighet, NASA:s teknikexperiment, förbereder sig för att försöka den första bemannade flygningen till den röda planeten. När rover NASA:s uthållighet kommer att landa på Mars den 18 februari 2021, den kommer att bära en liten men mäktig passagerare: ingenuity Martian Helikoptern.
Helikoptern, som på jorden väger cirka 1,8 kg och har en flygkropp lika stor som en vävnadslåda, dök upp för sex år sedan som en osannolik prospekt. Ingenjörer vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien visste att det var teoretiskt möjligt att flyga i Mars tunna atmosfär, men ingen var säker på om de kunde bygga ett fordon kraftfullt nog att flyga, kommunicera och överleva autonomt med extrema restriktioner för dess massa. Sedan var teamet tvunget att bevisa under tester på jorden att det kan flyga under Mars förhållanden. För närvarande förbereder teamet sig för att testa enheten i de verkliga förhållandena på Mars. Ingenuity upplevde kraftiga lanseringsvibrationer den 30 juli 2020, och störtade in i Mars-atmosfären ombord på Perseverance.
Snygghet är ett flygexperiment
Helikoptern Mars Ingenuity är en så kallad teknikdemonstration – ett snävt fokuserat projekt vars syfte är att för första gången testa nya möjligheter. Tidigare demonstrationer av banbrytande teknologi inkluderade den första Mars-rovern, Sojourner, och Mars Cube One (MarCO) CubeSats som flög över Mars.
Helikoptern bär inga vetenskapliga instrument och är inte en del av Perseverance science-uppdraget. Ingenuitys mål är ett tekniskt mål: att demonstrera en rotorfarkosts flygning i den extremt tunna atmosfären på Mars, vars densitet bara är cirka 1 % av densiteten i vår atmosfär på jorden. Ingenuity-teamet kommer att genomföra upp till fem testflygningar under demonstrationsfönstret på 30 Mars (31 Earth) dagar.
Mars kommer inte att vara särskilt snäll mot uppfinningsrikedom
Eftersom Mars atmosfär är så tunn, är Ingenuity designad för att vara lätt, med rotorblad som är mycket större och roterar mycket snabbare än de som skulle krävas för en helikopter av Ingenuitys massa på jorden.
På den röda planeten är temperaturen på natten minus 90 grader Celsius i Jezero-kratern, landningsplatsen för rover och helikopter. Dessa temperaturer kommer att tänja på gränserna för den ursprungliga designen av färdiga delar som används i Ingenuity. Tester på jorden vid förutspådda temperaturer visar att Ingenuitys delar borde fungera som det var tänkt, men teamet ser fram emot riktiga tester på Mars.
"En av de första sakerna som Ingenuity kommer att behöva göra när den kommer till Mars är att bara överleva sin första natt", säger Tim Canham, Ingenuitys operationschef på JPL.
Uppfinnighet beror på uthållighet
Snyggheten sitter på sidan under Perseverance-roverns mage, med ett skydd för att skydda den från skräp som kastas upp under landning. Både rovern och helikoptern är säkert inrymda i rymdfarkostens kapsel under dess 471 miljoner kilometer långa resa till Mars. Mars 2020-rymdfarkostens kraftsystem laddar med jämna mellanrum Ingenuitys batterier på vägen dit.
För att nå Mars yta kommer uppfinningsrikedom och uthållighet att lämna tillsammans vid landning. Roverns system för insteg, nedstigning och landning inkluderar en överljudsfallskärm, nya "hjärnor" för att undvika faror och komponenter för en manövrerbar kran som kommer att sänka rovern till ytan. Endast cirka 50 % av alla rymdorganisationers försök att landa på Mars har varit framgångsrika.
När en lämplig plats för helikoptern har hittats kommer Mars Helicopter Delivery System att släppa landningsplattan, återföra helikoptern till ett nedre läge och försiktigt sänka uppfinningsrikedom till ytan. Under hela idrifttagningskampanjen och flygtester av helikoptern kommer rovern att upprätthålla kommunikationen med jorden.
Snygghet är väldigt smart för en liten robot
Förseningar är en integrerad del av att kommunicera med rymdfarkoster på interplanetära avstånd, vilket gör att Ingenuity flygkontrollanter på JPL inte kommer att kunna styra helikoptern med en joystick. Faktum är att de inte kommer att kunna se tekniska data eller bilder av flygningen när den fortskrider.
På detta sätt kommer Ingenuity att fatta sina egna beslut baserat på parametrar som ställts in av dess ingenjörer på jorden. Helikoptern har till exempel en slags programmerbar termostat som ska hålla den varm på Mars. Under flygningen kommer Ingenuity att analysera sensordata och terrängbilder för att säkerställa att den stannar på den flygbana som definierats av projektets ingenjörer.
Ingenuity-teamet går mot framgång ett steg i taget
Med tanke på Ingenuitys experimentella karaktär har teamet en lång lista med milstolpar som helikoptern måste uppfylla innan den kan lyfta och landa våren 2021. Teamet definierade dem enligt följande:
- Överlev kryssningen till Mars och gör en framgångsrik landning
- Säker yta från under Perseverance
- Autonom uppvärmning i mycket kalla marsnätter
- Oberoende laddning från solpanelen på rotorerna
- Framgångsrik kommunikation med helikoptern och tillbaka via ett delsystem som kallas Mars Helicopter Base Station
Om de första experimentella flygtesterna på en annan planet lyckas, kommer Ingenuity-teamet att göra flera fler testflygningar.
Ingenuitys framgångsrika arbete kommer att förändra framtiden för Mars-utforskningen
Ingenuity är designad för att demonstrera de teknologier och unika operationer som krävs för att flyga i Mars atmosfär. Om de lyckas kan dessa tekniker och erfarenheten av att flyga en helikopter på en annan planet leda till skapandet av andra avancerade robotflygplan som kan bli en del av framtida robot- och mänskliga uppdrag till Mars.
Möjliga användningsområden för en framtida helikopter på Mars inkluderar att tillhandahålla en unik utsiktspunkt som inte tillhandahålls av nuvarande orbiters, rovers och landare på jorden; högupplöst bildbehandling och intelligens för robotar eller människor; och tillgång till terräng svår för terrängfordon. Framtidens helikopter skulle till och med kunna hjälpa till att transportera lätta men livsviktiga nyttolaster från en plats till en annan.
Läs också:
- Den nya DuAxle rover kan gå dit andra aldrig har drömt
- NASA:s Curiosity Rover firar 3000 XNUMX dagar på Mars