NASA Ingenuity Mars-helikopter gør klar til første flyvning

Nu frigjort fra dets beskyttende kulfiberskjold, Helikopteren er ved at blive klargjort til sine næste skridt.

NASA sigter tidligst den 8. april efter, at Ingenuity Mars Helicopter skal gøre det første forsøg på motordrevet, kontrolleret flyvning af et fly på en anden planet. Før det 1,8 kilo tunge rotorfly kan prøve sin første flyvning, imidlertid, både det og dets team skal opfylde en række skræmmende milepæle.

Opfindsomhed forbliver knyttet til maven på NASA's Perseverance rover, som landede på Mars 18. februar Den 21. marts, roveren indsatte det guitarkasseformede grafitkompositaffaldsskjold, der beskyttede Ingenuity under landing. Roveren er i øjeblikket på vej til "flyvepladsen", hvor Ingenuity vil forsøge at flyve. Når først de er indsat, Opfindsomhed vil have 30 Mars-dage, eller sols, (31 Earth days) for at gennemføre sin testflyvningskampagne.

"Da NASAs Sojourner-rover landede på Mars i 1997, det beviste, at det var muligt at vandre rundt på den røde planet og omdefinerede fuldstændig vores tilgang til, hvordan vi udforsker Mars. Tilsvarende vi ønsker at lære om det potentiale, Opfindsomhed har for fremtiden for videnskabelig forskning, " sagde Lori Glaze, direktør for Planetary Science Division i NASAs hovedkvarter. "Det passende navn, Opfindsomhed er en teknologidemonstration, der sigter mod at være den første motordrevne flyvning på en anden verden og, hvis det lykkes, kunne udvide vores horisont yderligere og udvide omfanget af, hvad der er muligt med Mars-udforskning."

At flyve på en kontrolleret måde på Mars er langt sværere end at flyve på Jorden. Den Røde Planet har betydelig tyngdekraft (omkring en tredjedel af Jordens), men dens atmosfære er kun 1 % så tæt som Jordens ved overfladen. I løbet af Mars dagtid, planetens overflade modtager kun omkring halvdelen af ​​mængden af ​​solenergi, der når Jorden i dagtimerne, og nattemperaturer kan falde så lavt som minus 130 grader Fahrenheit (minus 90 grader Celsius), som kan fryse og knække ubeskyttede elektriske komponenter.

For at passe ind i de tilgængelige boliger leveret af Perseverance-roveren, Ingenuity-helikopteren skal være lille. At flyve i Mars-miljøet, den skal være let. For at overleve de kolde Marsnætter, den skal have nok energi til at drive interne varmeapparater. Systemet – fra ydeevnen af ​​dets rotorer i forurenet luft til dets solpaneler, elektriske varmeapparater, og andre komponenter - er blevet testet og gentestet i vakuumkamrene og testlaboratorier i NASA's Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien.

"Hvert skridt, vi har taget, siden denne rejse begyndte for seks år siden, har været ukendt territorium i flyets historie, " sagde Bob Balaram, Mars Helicopter chefingeniør hos JPL. "Og selv om det vil være en stor udfordring at blive udsendt til overfladen, overlevede den første nat på Mars alene, uden at roveren beskytter den og holder den tændt, bliver en endnu større."

Indsættelse af helikopteren

Før Ingenuity tager sin første flyvning på Mars, den skal være lige midt på dens flyveplads - en 33 x 33 fod (10 x 10 meter) plet af Mars-ejendom, der er valgt på grund af dens fladhed og mangel på forhindringer. Når helikopter- og roverholdene bekræfter, at Perseverance er placeret præcis, hvor de ønsker det skal være inde på flyvepladsen, den omfattende proces med at indsætte helikopteren på overfladen af ​​Mars begynder.

"Som med alt med helikopteren, denne type implementering er aldrig blevet udført før, " sagde Farah Alibay, Mars Helicopter integrationsled til Perseverance roveren. "Når vi først starter implementeringen, er der ingen vej tilbage. Alle aktiviteter er tæt koordineret, irreversibel, og afhængige af hinanden. Hvis der overhovedet er en antydning om, at noget ikke går som forventet, vi kan beslutte at vente en sol eller mere, indtil vi har en bedre idé om, hvad der foregår."

Helikopterindsættelsesprocessen vil tage omkring seks sols (seks dage, fire timer på jorden). På den første sol, holdet på Jorden vil aktivere en boltbrydende enhed, frigivelse af en låsemekanisme, der hjalp med at holde helikopteren fast mod roverens mave under opsendelse og Mars-landing. Følgende sol, de vil affyre en kabelskærende pyroteknisk enhed, gør det muligt for den mekaniserede arm, der holder Ingenuity, at begynde at rotere helikopteren ud af dens vandrette position. Det er også, når rotorfartøjet vil forlænge to af sine fire landingsben.

Under den tredje sol af implementeringssekvensen, en lille elektrisk motor vil afslutte med at rotere Ingenuity, indtil den låser, bringe helikopteren helt lodret. Under den fjerde sol, de sidste to landingsben klikker på plads. På hver af disse fire soler, Wide Angle Topographic Sensor for Operations and Engineering (WATSON) imager vil tage bekræftelsesbilleder af Opfindsomhed, efterhånden som den trinvist udfolder sig i sin flyvekonfiguration. I sin endelige position, helikopteren vil hænge ophængt i omkring 5 tommer (13 centimeter) over Mars-overfladen. På det tidspunkt, kun en enkelt bolt og et par dusin bittesmå elektriske kontakter vil forbinde helikopteren med Perseverance. På den femte sol af implementering, holdet vil bruge den sidste mulighed for at bruge Perseverance som strømkilde og oplade Ingenuitys seks battericeller.

"Når vi har klippet ledningen med Perseverance og tabt de sidste 5 tommer til overfladen, vi vil have vores store ven til at køre væk så hurtigt som muligt, så vi kan få solens stråler på vores solpanel og begynde at genoplade vores batterier, " sagde Balaram.

På den sjette og sidste planlagte sol i denne implementeringsfase, holdet skal bekræfte tre ting:at Ingenuitys fire ben er solidt på overfladen af ​​Jezero Crater, at roveren gjorde, Ja, køre omkring 16 fod (ca. 5 meter) væk, og at både helikopter og rover kommunikerer via deres indbyggede radioer. Denne milepæl initierer også 30-sol-uret, i hvilket tidsrum alle preflight-tjek og flyvetest skal finde sted.

"Opfindsomhed er en eksperimentel teknisk flyvetest - vi vil se, om vi kan flyve på Mars, " sagde MiMi Aung, projektleder for Ingenuity Mars Helicopter hos JPL. "Der er ingen videnskabelige instrumenter ombord og ingen mål for at opnå videnskabelig information. Vi er overbeviste om, at alle de tekniske data, vi ønsker at opnå både på overfladen af ​​Mars og i luften, kan udføres inden for dette 30-sol vindue."

Ligesom med implementering, helikopter- og roverholdene vil gribe den kommende flyvetest metodisk an. Hvis holdet går glip af eller har spørgsmål om en vigtig preflight-milepæl, de kan tage en eller flere sols for bedre at forstå problemet. Hvis helikopteren overlever den første nat af sekvensperioden på overfladen af ​​Mars, imidlertid, holdet vil bruge de næste mange sol på at gøre alt for at sikre en vellykket flyvning, herunder bevægelse af rotorbladene og verifikation af inertimåleenhedens ydeevne, samt test af hele rotorsystemet under en spin-up til 2, 537 rpm (mens Ingenuitys landingsstel forbliver solidt på overfladen).

Den første flyvetest på Mars

Når holdet er klar til at prøve den første flyvning, Vedholdenhed vil modtage og videresende de endelige flyveinstruktioner fra JPL-missionskontrollører til Ingenuity. Flere faktorer vil bestemme det præcise tidspunkt for flyvningen, herunder modellering af lokale vindmønstre plus målinger taget af Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) ombord på Perseverance. Opfindsomhed vil køre sine rotorer til 2, 537 rpm og, hvis alle sidste selvtjek ser gode ud, løfte sig af. Efter klatring med en hastighed på omkring 3 fod pr. sekund (1 meter pr. sekund), Helikopteren vil svæve 10 fod (3 meter) over overfladen i op til 30 sekunder. Derefter, Mars-helikopteren vil sænke sig og komme tilbage på Mars-overfladen.

Flere timer efter den første flyvning har fundet sted, Vedholdenhed vil downlinke Ingenuitys første sæt af tekniske data og, eventuelt, billeder og video fra roverens navigationskameraer og Mastcam-Z. Fra de data, der blev downlinket den første aften efter flyvningen, Mars Helicopter-teamet forventer at kunne afgøre, om deres første forsøg på at flyve på Mars var en succes.

På følgende sol, alle de resterende tekniske data indsamlet under flyvningen, samt nogle sort-hvide billeder i lav opløsning fra helikopterens eget navigationskamera, kunne downlinkes til JPL. Den tredje sol i denne fase, de to billeder taget af helikopterens højopløselige farvekamera skulle nå frem. Mars Helicopter-teamet vil bruge alle tilgængelige oplysninger til at bestemme, hvornår og hvordan de skal komme videre med deres næste test.

"Mars er hård, " sagde Aung. "Vores plan er at arbejde, hvad end den Røde Planet kaster efter os på samme måde, som vi håndterede enhver udfordring, vi har stået over for i løbet af de sidste seks år - sammen, med vedholdenhed og en masse hårdt arbejde, og lidt opfindsomhed."

Et stykke historie

Mens Ingenuity vil forsøge den første drevne, kontrolleret flyvning på en anden planet, den første drevne, kontrolleret flyvning på Jorden fandt sted 17. december, 1903, på de vindblæste klitter i Kill Devil Hill, nær Kitty Hawk, North Carolina. Orville og Wright tilbagelagde 120 fod på 12 sekunder under den første flyvning. Wright-brødrene foretog fire flyvninger den dag, hver længere end den foregående.

En lille mængde af materialet, der dækkede en af ​​vingerne på Wright-brødrenes fly, kendt som Flyeren, under den første flyvning er nu ombord på Ingenuity. Et isolerende tape blev brugt til at vikle det lille stofstykke rundt om et kabel placeret under helikopterens solpanel. Wrights brugte den samme type materiale - en ubleget muslin kaldet "Pride of the West" - til at dække deres svævefly og flyvinger fra 1901. Apollo 11-besætningen fløj et andet stykke af materialet, sammen med en lille splint træ fra Wright Flyer, til månen og tilbage under deres ikoniske mission i juli 1969.