Hvordan NASAs Mars-helikopter vil nå den røde planets overflade

NASAs Ingenuity Mars Helicopter vil rejse med Perseverance-roveren gennem 314 millioner miles (505 millioner kilometer) interplanetarisk rum for at komme til Mars. Men for holdet, der arbejder på den første eksperimentelle flyvetest på en anden planet, konstruktion af de sidste 5 tommer (13 centimeter) af rejsen har været blandt de mest udfordrende af alle. For at navigere sikkert på disse 5 tommer – afstanden som Ingenuity vil rejse fra hvor den er gemt på roveren til overfladen af ​​Mars – kom de med det geniale Mars Helicopter Delivery System.

"Opfindsomhed er ulig alle andre helikoptere, der nogensinde er bygget, fordi motordrevet kontrolleret flyvning på Mars er ulig noget, der nogensinde er forsøgt, " sagde MiMi Aung, projektleder af Mars Helikopteren ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien. "Og så var vi nødt til at finde ud af, hvordan vi fik en tur og sikkert blive indsat fra Mars 2020 Perseverance-roveren."

Opfindsomhedens firkantede skrog (som huser computere, kameraer, batterier og lignende) er omtrent på størrelse med en softball (7,9 x 6,3 x 5,5 tommer, eller 20 gange 16 gange 14 centimeter). Men hvis du ser ud af boksen, du finder masser af andre vigtige ting - inklusive en antenne, solpanel, landingsben og to rotorer, der måler 4 fod (1,2 meter) på tværs – det gør stuvning og indsættelse af helikopteren til en udfordring. Hele pakken tipper vægten til omkring 4 pund (2 kg).

"På en Mars rover mission, tilføjelsen af ​​selv en ny vaskemaskine er normalt værd at diskutere, " sagde Chris Salvo, lederen af ​​helikoptergrænsefladen for Mars 2020-missionen ved JPL. "Ingenuity Mars Helikopteren er en stor, skrøbelig, enestående samling af hardware, der ikke ligner noget, NASA nogensinde har indkvarteret på en planetarisk mission."

Missionsingeniører overvejede enhver tilgængelig parkeringsplads på roverchassiset for deres usædvanlige tilføjelse, inklusive robotarmen. De landede til sidst på Perseverances mave, som på en relativt flad strækning af Red Planet-overfladen skulle tilbyde omkring 26 tommer (67 centimeter) frihøjde. Selvom det kan virke som en masse plads (en jordisk SUV giver omkring en tredjedel af det), leveringssystemet reducerer denne afstand med ca. 2 tommer (6 centimeter). Opfindsomhed er omkring 19 tommer (49 centimeter) høj. Det er her, 5-tommer rejsen kommer ind.

"Det er ikke meget plads at lege med, " sagde Salvo, "men vi fandt ud af, at hvis du fastgør helikopteren vandret, der er nok til at få arbejdet gjort."

Hvordan arbejdet udføres

Opfindsomhed vil blive indsat omkring to måneder efter, at Perseverance lander den 18. februar, 2021. Under tidlige overfladeoperationer, både rover- og helikopterholdene vil være på udkig efter potentielle flyvepladser - en 33 x 33 fod (10 x 10 meter) plet af Mars-ejendomme, der er forholdsvis flad, niveau, uden forhindringer og kan ses af Perseverance, når roveren er parkeret omkring en fodboldbane væk.

Omkring den 60. Mars dag, eller sol, af missionen, Vedholdenhed vil tabe Mars Helicopter Delivery Systems grafitkompositaffaldsskjold, der beskyttede helikopteren under landing. Derefter vil den køre ind i midten af ​​den valgte flyveplads. Omkring seks dage senere, efter at helikopter- og roverholdene er tilfredse, er alt gået, de vil kommandere Mars Helicopter Delivery System til at gøre sin ting.

Indsættelsesprocessen begynder med udløsningen af ​​en låsemekanisme, der holder helikopteren på plads. Så udløses et kabelskærende pyroteknisk apparat, gør det muligt for en fjederbelastet arm, der holder helikopteren, at begynde at rotere Ingenuity ud af sin vandrette position. Langs vejen, en lille elektrisk motor vil trække armen, indtil den går i hak, bringer helikopterkroppen helt lodret med to af dens fjederbelastede landingsben udsat. Endnu en pyroteknisk brand, slippe de andre ben.

"Og hele tiden, indsættelsessystemet skal opretholde elektriske og datakabelforbindelser mellem rover og helikopter, indtil det er klar til at falde, " sagde David Buecher, implementeringssystemleder hos Lockheed Martin Space i Denver, som byggede systemet. "Mens jeg har arbejdet på min rimelige andel af rumbaserede implementeringssystemer, denne var på et andet niveau."

Hvis alt går godt, missionskontrollører vil kommandere leveringssystemet til at frigive, og Opfindsomhed vil dække de sidste 5 tommer. Når et godt fald er bekræftet, Vedholdenhed vil blive beordret til at køre væk, så helikopteren kan begynde at genoplade sine batterier med sit solpanel. På det tidspunkt, 30-sol-uret på Ingenuitys flyvetestprogram begynder.

Ingenuity Mars Helicopter er en eksperimentel flyvetest af ny teknologi. Fremtidige Mars-missioner kunne rekruttere andengenerationshelikoptere for at tilføje en luftdimension til deres udforskninger. De kunne fungere som spejdere for menneskelige besætninger, bære små nyttelast eller undersøge klipper, huler, dybe kratere og andre ubesøgte eller svært tilgængelige destinationer. Men før noget af det sker, et testkøretøj skal bevise, at det er muligt.

Og før testkøretøjet kan gøre noget af det, den skal lande sikkert på Mars' overflade.

"Opfindsomhed kræver udholdenhed, " sagde Aung. "Mars Helicopter Delivery System er en genial dims og blot et af eksemplerne på, hvordan Mars 2020-missionen har fungeret ud over opfordringen til at imødekomme vores testprojekt. Sammen med den og helikopteren, de skulle indbygge en elektronisk basestation og antenne dedikeret udelukkende til helikopteroperationer i roveren. Vores teams skulle arbejde tæt sammen for at få dette komplekse system til at fungere. Når opfindsomheden flyver, det vil være en præstation, vi alle kan dele."

Om Mars 2020-missionen

En afdeling af Caltech i Pasadena, JPL byggede og administrerer helikopteren for NASA. Lockheed Martin Space leverede Mars Helicopter Delivery System. NASA's Launch Services Program, baseret på Kennedy Space Center, er ansvarlig for lanceringsstyring.

Perseverance er en robotforsker, der vejer omkring 2, 260 pund (1, 025 kg). Roverens astrobiologiske mission vil søge efter tegn på tidligere mikrobielt liv. Det vil karakterisere planetens klima og geologi, indsamle prøver til fremtidig tilbagevenden til Jorden, og bane vejen for menneskelig udforskning af den røde planet. Ligegyldigt hvilken dag Perseverance starter i løbet af dens 20. juli-aug. 11 lanceringsperiode, det vil lande ved Mars' Jezero-krater den 18. februar, 2021.

Mars 2020 Perseverance rover-missionen er en del af et større program, der inkluderer missioner til Månen som en måde at forberede sig på menneskelig udforskning af den røde planet. Anklaget for at returnere astronauter til Månen i 2024, NASA vil etablere en vedvarende menneskelig tilstedeværelse på og omkring Månen i 2028 gennem NASAs Artemis-måneudforskningsplaner.