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NASAは実験的な火星ヘリコプターの歴史的な飛行のために準備をしました

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火星を飛んでいる創意工夫のヘリコプターのアーティストのイラスト。 クレジット:NASA / JPL-Caltech

NASAのパーサヴィアランスローバーは間もなく火星の表面に小さな回転翼航空機を解放し、安全な距離を運転して、8月XNUMX日頃に始まる可能性のある極薄の火星大気での一連の歴史的なテスト飛行を観察する予定です。

Ingenuityという名前の火星ヘリコプターは、ほぼ4年間、パーサヴィアランスローバーの甲板の下に収納されています。 ケネディ宇宙センターの地上要員は、昨年1.8月のパーサヴィアランスの打ち上げの準備中に、6年2020月XNUMX日にローバーの腹にXNUMXポンド(XNUMXキログラム)の回転翼航空機を設置しました。

NASAのジェット推進研究所のコントローラーは現在、Ingenuityヘリコプターを解放するためのコマンドを送信する準備をしています。 ローバーはヘリコプターを明らかにするために21月18日に破片カバーを解放しました。 カーボンファイバーシールドは、XNUMX月XNUMX日に火星に着陸したローバーの間に跳ね上がった岩やほこりからIngenuityを保護しました。

回転翼航空機は、パーサヴィアランスの使命に比較的遅れて追加されました。 NASAは、打ち上げのわずか2018年前のXNUMX年に、パーサヴィアランスローバーで火星に飛ぶヘリコプター技術のデモンストレーションを承認しました。

NASAは、高さ約80フィート(1.6メートル)で、先端から先端まで約0.5フィート(4メートル)の逆回転ローターを備えたヘリコプターの開発と製造に1.2万ドルを費やしました。 さらに5万ドルが、31日間のテストキャンペーン中にヘリコプターの運用に充てられます。このキャンペーンは、Perseveranceが数日中にIngenuityをリリースしたときに正式に開始されます。

JPLのヘリコポターのチーフエンジニアであるボブバララム氏によると、Ingenuityのテスト飛行は8月XNUMX日頃に予定されていますが、ヘリコプターの配備とテストのマイルストーンが進むにつれて、その日付は変わる可能性があります。

ヘリコプターの最初のホップは、約10フィート(3メートル)の高度に到達するように設計されています。 創意工夫は約30秒間その場でホバリングし、ホバリング中に曲がってから火星の表面に戻ります。

「最初の飛行は特別です」と火曜日の記者会見で、JPLのIngenuityのチーフパイロットであるHåvardGripは言いました。 「これは、私たちが計画している最も重要なフライトです。 これは、別の惑星での航空機による最初の動力飛行になります。」

JPLの惑星科学のディレクターであるボビーブラウンは、ヘリコプターと地球に戻ったそのサポートチームが別の世界で「ライト兄弟の瞬間」を作り出そうとすると言いました。

NASAは、Ingenuityの飛行を最初に別の航空として認識し、ライト兄弟の最初の航空機であるフライヤーからの切手サイズの布地を火星のヘリコプターに取り付けました。 17年1903月XNUMX日、ノースカロライナ州キティホークでの初飛行中に、生地が航空機の翼のXNUMXつを覆いました。

11年のアポロ1969号のミッションで、ライトフライヤー号の別の布とトウヒの木の破片が月に飛んでいきました。ライト兄弟が航空機に布と木を使用したのに対し、創意工夫は炭素繊維の皮と「エキゾチックな金属」でできています。 」とバララムは言った。

「これは事実上、宇宙船でもある航空機です」とバララーマは言いました。 「それは打ち上げを生き延びました。 それは、宇宙、真空、および放射線の旅を生き延び、パーサヴィアランスローバーの底の表面への進入、降下、着陸を生き延び、宇宙船に必要なすべての課題と設計の問題を乗り越えました。

「しかし、何よりも、私はIngenuityを実験用航空機としても考えています」と彼は言いました。

火星の大気の表面圧力は地球のそれの約1%です。つまり、Ingenuityのローターは、ヘリコプターが離陸できるように追加の揚力を生成する必要があります。 火星のヘリコプターのローターは、地球の大気圏を飛行する一般的なヘリコプターよりも約XNUMX〜XNUMX倍速く回転します。

NASAの惑星科学部門の責任者であるLoriGlazeは、Ingenuityヘリコプターを、将来の航空機が火星や他の惑星を探索するための道を開く可能性のある「高リスク、高報酬」の実験であると説明しました。

履歴を作成する前に、ヘリコプターは一連の展開とチェックアウトの手順を実行します。 回転翼航空機をローバーから完全に解放するのに約XNUMX日かかります。最初に、火星への旅行中にIngenuityをローバーにしっかりと取り付けたままにする発射ロックを解放します。

次に、花火装置がテーブルを切断して、Ingenuityが水平位置から回転を開始できるようにし、ヘリコプターはXNUMX本の着陸脚のうちXNUMX本を伸ばします。 NASAによると、XNUMX日目までに、電気モーターがIngenuityをローバーの下で垂直方向に完全に回転させ、他のXNUMXつの着陸脚がヘリコプターの展開シーケンスのXNUMX日目に展開して所定の位置に配置されます。

NASAによると、その時点で、ヘリコプターはXNUMX本のボルトとXNUMX本の小さな電気コネクタによってローバーに取り付けられたままになります。

NASAのパーサヴィアランスローバーの底部の保護カバーであるデブリシールドが21月XNUMX日にリリースされました。デブリシールドは着陸時に機関のIngenuityヘリコプターを保護し、その除去により、NASAは火星の表面へのヘリコプターの配備を進めることができます。 この画像は、パーサヴィアランスローバーのロボットアームの端にあるカメラで撮影されました。 クレジット:NASA / JPL-Caltech / MSSS

NASAによると、ローバーのロボットアームの端にある広角カメラは、シーケンス全体でIngenuityの写真を撮り、すべてが良好に見えることを確認します。

パーサヴィアランスがヘリコプターを解放する前日に、JPLのIngenuityチームは、ローバーのプルトニウム電源からの電気を使用して、回転翼​​航空機の5つのバッテリーセルを完全に充電します。 次に、ローバーはヘリコプターへの接続を切断して、火星の表面まで約13インチ(XNUMXセンチメートル)落下します。

「その後、ヘリコプターが表面に堆積し、最初に日光にさらされて、自分でバッテリーを充電する必要があります」とバララム氏は述べています。 「私たちはもはやパーサヴィアランスローバーの一部ではなく、安全に接続されており、完全に自律的で、コマンドの受信を待っています。

創意工夫が地面に着くと、パーサヴィアランスはヘリコプターから離れて運転を開始します。 その目的地は、それ自体がサッカー場の長さであるIngenuityの飛行ゾーンから少なくとも200フィート(60メートル)離れた観測点になります。 飛行ゾーンには、飛行場、ヘリコプターが離着陸する33 x 33フィート(10 x 10メートル)の領域が含まれます。

地上チームは、先月ジェゼロクレーターの着陸地点の風景を調査したパーサヴィアランスのカメラからの画像を利用して、飛行場の場所を選択しました。 テスト飛行用に選択された地域は平坦で、ヘリコプターに脅威を与える可能性のある岩や障害物はほとんどありません。

ローバーがヘリコプターを水面に放した後、少しドラマがあります。

Ingenuityのバッテリーは、ヘリコプターに電力を供給し、再充電が必要になる前に、内部の電子機器を約25時間暖かく保つことができます。 パーサヴィアランスとインジニアティヘリコプターの統合を監督するエンジニアであるファラーアリベイ氏によると、ローバーは航空機を解放した後、インジニアティのソーラーパネルを遮光するため、太陽光がヘリコプターを照らすにはXNUMX日以内に車を運転する必要があります。

NASAのパーサヴィアランスローバーは、ジェゼロクレーターにあるIngenuityヘリコプターの「飛行場」のこのビューをキャプチャしました。 クレジット:NASA / JPL-Caltech

「私たちは、センサーをテストし、ソーラーメカニズムをテストし、モーターが正しく回転することを確認するためにテストする、約XNUMX週間の数日間の試運転を行います。エンジニアリング実験が展開されます」とBalaram氏は述べています。 「そして、私たちは最初の飛行に着手する時点になり、その最初の飛行のすべての行動を理解して分析したら、徐々により積極的な飛行に着手します。」

Ingenuityの逆回転ローターは、ヘリコプターが地上にある間、最大2,537 rpm(40秒間にXNUMX回以上)回転します。これは、エンジニアが航空機を飛行させる前の最終テストです。

「(最初の)飛行がいつ起こるかについての私たちの現在の最良の見積もりは、8月8日頃までですが、物事は流動的です」とバララムは言いました。 「私たちは非常にイベントと実験に基づいているため、どちらの方向にも数日で変更される可能性がありますが、現時点で最も推測できるのはXNUMX月XNUMX日頃です。」

火星は現在、地球から約159億259万マイル、つまり14億XNUMX万キロメートル離れています。 通信信号が惑星間を片道で移動するのに約XNUMX分かかり、地上チームがリアルタイムでIngenuityを飛行する機会がなくなります。

代わりに、エンジニアはヘリコプターの各フライトのコマンドをアップリンクし、Ingenuityは、ビジョンベースのナビゲーションシステムを使用してフライトをガイドし、自律的に離着陸します。

エンジニアは、火星の大気条件をシミュレートするJPLの低圧チャンバーでヘリコプターをテストしました。

ヘリコプターを飛行させる前に、エンジニアは風の状態や大気密度などの他の気象パラメータを評価して、成功の可能性を最大化します。 JPLのコントローラーは、各フライトの日の大気条件に最もよく一致するようにローター速度を調整できます。

「最大の課題は、火星の大気圏を飛行していることだと思います。火星には、独自のダイナミクス、独自の風、突風などがあります」とBalaram氏は述べています。 「これらは私たちが私たちの部屋の風洞でテストしたものです。 私たちはすべてがうまくいくと確信していますが、実際に火星の実際の環境にいて、空気力学が実際にどれだけうまく機能するかを確認するのに勝るものはありません。」

バララーマ氏は、気温がゼロをはるかに下回る寒い火星の夜を乗り切ることに関連する課題もあると述べた。

「小さなシステムを一晩中暖かく保つことは困難です。 それで、その熱システムが夜を通してどれだけうまく私たちを保護するかを見るために、ソーラーパネルはどれくらいうまく機能しますか?」 彼は言った。 「飛行機に乗る前に、エンジニアリングの側面がいくつかあります。 しかし、実際の飛行に関して言えば、私たちが学ぶのに最も興味深いのは、実際には風と、それらすべてがヘリコプターとどのように相互作用するかというダイナミクスです。」

最初の飛行がうまくいくと仮定すると、Ingenuityはさらに16回飛行し、約5フィート(XNUMXメートル)のより高い高度に到達し、事前に選択された飛行ゾーンに沿ってダウンレンジを横断してから、着陸のために「ヘリパッド」に戻ることができます。

Grip氏によると、Ingenuityの飛行の16フィートの制限は、ヘリコプターの地上までの距離を測定する搭載のレーザー距離計の性能制限によって大きく左右されます。

「私たちは、ホバリングしてからトラバースして長距離を移動する基本的な機能を示すことに重点を置いています。そこでは、フライトゾーンを下りて、再び戻ります」とグリップ氏は述べています。 「そして、それらを乗り越えた場合、それらの飛行中にすべての目標を達成したかどうか、それらのいくつかを元に戻して再試行したいかどうか、またはすべてが本当にうまくいった場合は、能力を伸ばそうとするかもしれません。 」

NASAは、2.4億ドルのパーサヴィアランスミッションが独自のより優先度の高い科学的目標を追求するために行動する必要があるため、Ingenuityのテスト飛行のためにわずか2020か月を確保しました。 ローバーは、XNUMX年代後半に火星に到着する予定の将来のミッションによって地球に戻るために岩石サンプルを収集するように設計されています。

地球に戻った科学者は標本を分析し、古代火星の生命の兆候を探します。

「創意工夫は期間限定のプロジェクトです」とGlaze氏は述べています。 「別の惑星を飛行する最初のヘリコプターになることを試みるには、地球で31日かかります。 科学を収集することを目的としたものではありませんが、その使命は非常に焦点が絞られているため、本質的に革新的です。」

ソジャーナと名付けられたNASAの最初の火星探査車は、1997年に赤い惑星に着陸し、他の世界を探索する際の表面移動の有用性を証明しました。

「ソジャーナは火星の表面で可能だと私たちが考えていたことを再定義し、私たちが火星を探索する方法へのアプローチを完全に変えました」とグレイズは言いました。 「その小さなローバーはすべての任務を遂行することを可能にしました、そして今やパーサヴィアランス-小さな車のサイズ-は私たちの視野をさらに広げるIngenuityのような他の技術デモンストレーションを運ぶことができます。」

将来の回転翼航空機は、より洗練された科学機器を使って他の惑星に派遣される可能性があります。

NASAは、土星最大の衛星タイタンを探索するために、トンボという名前のロボットミッションを選択しました。 しかし、タイタンは火星よりもはるかに厚い大気を持っているため、ローター駆動の飛行の難しさが緩和されます。

「薄い大気の空中から火星を偵察して科学的に調査できれば、タイタンや金星など、太陽系全体の他の多くの目的地でも同じことが確実にできます」とブラウン氏は述べています。

空中ドローンは、地上を走行するローバーが到達できない他の惑星の地域を調査する可能性があります。

「宇宙探査における動力飛行の未来は堅実で強力です」とブラウンは言いました。

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出典:https://spaceflightnow.com/2021/03/26/nasa-primed-for-historic-flight-of-experimental-mars-helicopter/

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