Ingeniozitatea încă zboară pe Marte. Iată ce face elicopterul

Elicopterul Ingenuity Mars nu trebuia să reziste niciodată atât de mult. Inginerii NASA au construit și testat primul avion auto-alimentat care a zburat pe o altă planetă pentru a răspunde la o întrebare simplă: Ar putea elicopterul să zboare? Scopul a fost de a face cinci zboruri în 30 de zile marțiane sau de a sparge aeronava încercând.

Dar cu peste 120 de zile marțiane după această fereastră de experiment, Ingenuity încă zboară și face lucruri la care nimeni nu se aștepta vreodată. Elicopterul, care a efectuat primul zbor pe 19 aprilie, bate propriile recorduri de distanță și viteză (SN: 19/04/21). Ajută roverul Perseverance să exploreze craterul Jezero, lângă o deltă antică a unui râu care ar putea deține semne ale vieții marțiane trecute (SN: 2/17/21). Iar Ingenuity face față schimbării anotimpurilor și navighează pe teren accidentat, două lucruri pentru care zburătorul nu a fost proiectat să le facă.

„A intrat într-un groove bun”, spune inginerul șef inițial al Ingenuity, Bob Balaram, Jet Propulsion Lab al NASA din Pasadena, California. „Este în elementul său și se distrează.”

Iată ce a făcut Ingenuity pe Marte.

Testarea limitelor

Ingeniozitatea zboară mai departe, mai repede și mai sus decât a făcut-o în primele zboruri. Elicopterul s-a ridicat la maximum 12 metri deasupra suprafeței marțiane, a parcurs cu fermoar cu până la cinci metri pe secundă (aproximativ jumătate mai rapid decât sprintera care a stabilit recordul Florence Griffith-Joyner) și a acoperit 625 de metri (aproximativ o treime din lungimea lui). Kentucky Derby) într-un singur zbor. Aceste extreme oferă inginerilor informații valoroase despre limitele zborului pe Marte.

„Încă încercăm să învățăm lecții”, spune inginerul robotic JPL Teddy Tzanetos, lider de echipă pentru misiunea Ingenuity. „Zbor după zbor, învățăm limitele performanței.”

Ambarcațiunea Ingenuity zboară acum peste un teren marțian accidentat, netestat. În timpul celui de-al 13-lea zbor al elicopterului, pe 4 septembrie, Ingenuity (indicată cu cercul alb în videoclipul de mai sus) a fotografiat un afloriment stâncos din mai multe unghiuri. Roverul Perseverance al NASA a filmat zborul.

La început, Ingenuity și-a testat limitele într-un mod pe care echipa de zbor chiar nu l-a planificat. În timpul celui de-al șaselea zbor din 22 mai, sistemul de navigație al elicopterului a suferit o eroare care l-a făcut să se rotească și să se balanseze alarmant.

Software-ul de navigație al elicopterului ține evidența poziției ambarcațiunii făcând o imagine, citind marca temporală de pe imaginea respectivă și prezicând ce ar trebui să vadă camera în continuare pe baza reperelor din fotografiile anterioare pe care Ingenuity le-a făcut. Dacă următoarea imagine nu se potrivește cu această predicție, software-ul corectează poziția și viteza elicopterului pentru a se potrivi mai bine.

La mai puțin de un minut după zborul din 22 mai, o singură imagine s-a pierdut în drumul său de la camerele lui Ingenuity la computerul de bord. Asta însemna că marcajele de timp de pe toate imaginile ulterioare au fost puțin dezactivate. Încercând să corecteze ceea ce a perceput drept erori, Ingenuity „a plecat într-o plimbare sălbatică”, spune Balaram.

Din fericire, elicopterul a aterizat în siguranță la cinci metri de locul de aterizare prevăzut. Anomalia a fost o binecuvântare deghizată, spune Balaram. A pus elicopterul într-o mișcare extremă – „cât de agresiv poți mișca joystick-ul, dacă vrei” – pe care inginerii nu i-ar fi cerut să facă intenționat și s-a descurcat perfect, spune el.

„Este un lucru întâmplător că am avut acea experiență de zbor sub centură”, spune Balaram. „Avem mult mai multă încredere în vehicul.”

Făcând știință

Inițial, echipa de elicopter a vrut să împingă vehiculul până s-a spart. Dar acum cercetătorii zboară mai precaut și mai rar. Asta pentru că elicopterul sprijină în prezent roverul Perseverance în domeniul științei (SN: 4/30/21).

„Nu mai suntem în luna ingeniozității”, spune Tzanetos. „Suntem o mică parte dintr-o echipă mult mai mare.”

Elicopterul și-a dovedit deja valoarea spunând roverului unde să nu meargă. Al nouălea zbor al lui Ingenuity, pe 5 iulie, a dus elicopterul deasupra unui câmp de dune numit South Séítah, pe care rover ar fi fost dificil să circule în siguranță. Apoi, Ingenuity a fotografiat niște aflorințe de rocă și creste înălțate în South Séítah, care păruseră interesante în imaginile luate de pe o navă spațială în orbită. Oamenii de știință au crezut că aceste creste ar putea înregistra unele dintre cele mai adânci medii de apă din lacul care a umplut craterul cu mult timp în urmă.

imagine cu dunele și stâncile din sudul Séítah de pe Marte
Elicopterul Ingenuity de la NASA a surprins această imagine cu dune și stânci într-o regiune deosebit de nisipoasă numită South Séítah în al 12-lea zbor. Recunoașterea aeronavei a ajutat echipa rover Perseverance să decidă să nu direcționeze roverul prin zonă.JPL-Caltech/NASA

În imaginile 3-D de la elicopter, s-a dovedit că acele creste nu au arătat straturile care ar fi indicat că rocile s-au format în apă adâncă. Echipa rover a decis să meargă mai departe, scutindu-i lui Perseverance un drum lung, anevoios și potențial periculos.

„Nu a trebuit să trimită roverul până la această țintă specială și apoi să-și dea seama, hei, s-ar putea să nu fie lucrul cu cea mai mare prioritate”, spune Balaram.

Scoutingul pentru rover a dus, de asemenea, Ingenuity peste un teren pe care elicopterul nu a fost proiectat să îl înțeleagă. Software-ul de navigație Ingenuity a fost programat să presupună că solul de sub el este întotdeauna plat, deoarece acesta a fost tipul de teren selectat pentru acea primă lună experimentală de demonstrații de zbor.

„A fost o simplificare perfect rezonabilă pentru o demonstrație de tehnologie”, spune Balaram. „Dar a fost copt. Și acum ești blocat cu un sistem cu o ipoteză de teren plat.”

Când elicopterul zboară pe o suprafață înclinată, unele caracteristici par să se miște mai repede în vederea acestuia decât s-ar face dacă solul ar fi plat, dând elicopterului o percepție falsă a mișcării sale. „Navigația de la bord nu are cum să o explice, cu excepția faptului că mă gândesc că mă întorc sau mă învârt puțin”, spune Balaram. Elicopterul ajunge să vireze în lateral.

Echipa a venit cu câteva soluții, cum ar fi alegerea unor zone de aterizare suficient de mari încât să nu fie necesară o aterizare de precizie și încetinirea când zboară pe teren accidentat.

Face față anotimpurilor

Aerul de pe Marte este notoriu de subțire (SN: 7/14/20). Dar de la mijlocul lunii septembrie, atmosfera din craterul Jezero a devenit și mai subțire. Pe măsură ce acea parte a lui Marte se schimbă din primăvară în vară, densitatea aerului a crescut de la aproximativ 1,5% din cea a Pământului la nivelul mării, la aproximativ 1%.

Asta nu pare o mare diferență, dar este suficient că Ingenuity a trebuit să-și rotească palele rotorului mai repede pentru a rămâne în sus. În octombrie, elicopterul și-a mărit viteza rotorului la 2.700 de rotații pe minut, comparativ cu un maxim anterior de 2.537 rpm.

imaginea umbrei elicopterului Ingenuity de pe suprafața lui Marte
Ingeniozitatea trebuie să-și rotească rotoarele mai repede pentru a face față aerului mai subțire în timpul verii marțiane, comparativ cu primăvara. Elicopterul a făcut această fotografie cu propria sa umbră în al 14-lea zbor, primul în care ambarcațiunea își învârtea palele cu 2.700 de rotații pe minut.JPL-Caltech/NASA

La acea viteză mai mare de rotire, elicopterul poate zbura doar 130 de secunde la un moment dat, în loc de cele 170 de secunde pe care le-a gestionat înainte, fără a risca supraîncălzirea motoarelor.

Ar fi bine dacă elicopterul ar fi doar să atârne în jurul roverului într-o zonă, spune Tzanetos. Dar următoarea sarcină a duo-ului de pe Marte este o cursă către delta râului lung uscată de la gura craterului Jezero. Echipa Perseverance speră să parcurgă sute de metri în fiecare zi marțiană. Cea mai îndepărtată distanță pe care Ingenuity a parcurs-o într-o zi este de 625 de metri, iar aceasta a fost cu viteza de rotație mai mică.

„Va fi o provocare să țin pasul”, spune Tzanetos.

Totuși, nu există niciun motiv tehnic pentru care Ingenuity să nu reușească, spune Balaram. „Este cu siguranță posibil ca într-o zi să nu se mai trezească. Sau o aterizare va fi un eșec și nu vom mai auzi niciodată de ea pentru că s-a răsturnat”, recunoaște el. „Acestea sunt aruncări de zaruri, nu este nimic inevitabil la acestea. Cu excepția asta, ar trebui să funcționeze mai multe luni.”

Inspirând viitorii zburători

Între timp, inginerii visează deja la următorul avion marțian.

„Ingeniozitatea este foarte interesantă, facem o mulțime de terenuri”, spune Tzanetos. „Totul scopul este să fie acea fundație. Important este ce urmează.”

Planurile actuale includ o versiune extinsă a Ingenuity care ar putea transporta mai multe echipamente și ar putea lucra singur sau cu un rover și un hexacopter mare, cu șase rotoare aranjate în jurul unui inel central. O astfel de ambarcațiune ar putea acoperi mai mult teren mai repede decât un rover, parcurgând distanțe care i-ar putea lua Perseverance mai mulți ani în doar câteva luni.

O carte albă trimisă la sondajul decenal al științei planetare și astrobiologiei 2023-2032 – o revizuire o dată pe deceniu a obiectivelor și priorităților câmpurilor – sugerează mai multe misiuni posibile pentru un elicopter științific Marte. Într-una, ambarcațiunea ar putea preleva mostre de minerale argiloase într-un loc precum Mawrth Vallis, un canal despre care se crede că a fost sculptat de o inundație demult.

imagine aeriană a regiunii Mawrth Vallis de pe Marte
Viitoarele elicoptere de pe Marte ar putea explora Mawrth Vallis, o regiune plină de minerale hidratate prezentată în această imagine în culori false realizată de Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA.JPL-Caltech/NASA, Univ. din Arizona

Mawrth a fost finalist pentru ultimele două site-uri de aterizare a roverelor pe Marte și este un candidat pentru roverul Rosalind Franklin al Agenției Spațiale Europene, care urmează să fie lansat în 2022. Argilele pot conserva materialul organic de pe Pământ, astfel încât o misiune la Mawrth ar putea căuta semne de viață. .

Un elicopter ar putea explora, de asemenea, cratere cu depozite de gheață de apă cu pante prea abrupte pentru roțile rover. Și făcând măsurători la mai multe altitudini diferite, elicopterul ar putea ajuta la înțelegerea modului în care atmosfera schimbă gaze cu solul, ceea ce ar putea ajuta la rezolvarea misterului când și cum și-a pierdut Marte apa lichidă (SN: 11/12/20). Sau un elicopter ar putea cartografi câmpul magnetic al unor mari zone ale suprafeței marțiane, dezvăluind când și cum planeta roșie și-a pierdut miezul topit (SN: 2/24/20).

Și ori de câte ori astronauții ajung să viziteze Marte, „ar putea fi util să existe flote de drone care circulă pe cer, transportând încărcături sau cercetând înainte”, spune Tzanetos. „Acesta este viitorul interesant pe care îl aștept cu nerăbdare.”