NASA's Perseverance-rover zal binnenkort een klein helikoptervliegtuig op het oppervlak van Mars loslaten en een veilige afstand rijden om een ​​reeks historische testvluchten te observeren in de ultradunne atmosfeer van Mars, die rond 8 april zou kunnen beginnen, zeiden functionarissen deze week.

De Mars-helikopter, genaamd Ingenuity, staat al bijna een jaar onder het dek van de Perseverance-rover. Grondpersoneel van het Kennedy Space Center installeerde het 4-pond (1.8 kilogram) helikoptervliegtuig op de buik van de rover op 6 april 2020, tijdens de voorbereidingen voor de lancering van Perseverance afgelopen juli.

Controllers van het Jet Propulsion Laboratory van NASA bereiden zich nu voor om commando's te sturen om de Ingenuity-helikopter vrij te laten. De rover liet op 21 maart een puinhoes los om de helikopter te onthullen. Het koolstofvezelscherm beschermde Ingenuity tegen rotsen en stof dat opdook tijdens de landing van de rover op Mars op 18 februari.

Het draagschroefvliegtuig was een relatief late toevoeging aan de missie van Perseverance. NASA keurde de demonstratie van helikoptertechnologie goed om in 2018 met de Perseverance-rover naar Mars te vliegen, slechts twee jaar voor de lancering.

NASA heeft $ 80 miljoen uitgegeven aan het ontwikkelen en bouwen van de helikopter, die ongeveer 1.6 meter hoog zal zijn en tegengesteld draaiende rotors heeft die van punt tot punt ongeveer 0.5 meter overspannen. Nog eens $ 4 miljoen wordt besteed aan het besturen van de helikopter tijdens een 1.2-daagse testcampagne, die officieel begint wanneer Perseverance Ingenuity de komende dagen vrijgeeft.

De testvlucht van Ingenuity is gepland voor rond 8 april, maar die datum kan veranderen naarmate de helikopter zijn inzet en testmijlpalen doormaakt, aldus Bob Balaram, hoofdingenieur van de helikopter bij JPL.

De eerste sprong van de helikopter is ontworpen om een ​​hoogte van ongeveer 10 voet of 3 meter te bereiken. Vindingrijkheid blijft ongeveer 30 seconden op zijn plaats zweven, maakt dan een bocht terwijl hij zweeft voordat hij weer afdaalt naar het oppervlak van Mars.

"De eerste vlucht is speciaal", zei Håvard Grip, de hoofdpiloot van Ingenuity bij JPL, tijdens een persconferentie dinsdag. “Het is verreweg de belangrijkste vlucht die we gaan doen. Het wordt de eerste aangedreven vlucht van een vliegtuig op een andere planeet. "

Bobby Braun, directeur planetaire wetenschap bij JPL, zei dat de helikopter en zijn ondersteuningsteam terug op aarde zullen proberen een "Wright Brothers 'moment" te produceren op een andere wereld.

NASA herkende de vlucht van Ingenuity als een nieuwe luchtvaartprimeur en installeerde een stuk stof ter grootte van een postzegel van het eerste vliegtuig van de gebroeders Wright, bekend als de Flyer, op de Mars-helikopter. De stof bedekte een van de vleugels van het vliegtuig tijdens de eerste vlucht in Kitty Hawk, North Carolina, op 17 december 1903.

Een ander stuk stof en een fragment van sparrenhout van de Wright Flyer vloog naar de maan tijdens de Apollo 11-missie in 1969. Terwijl de gebroeders Wright stof en hout gebruikten voor hun vliegtuigen, is Ingenuity gemaakt van koolstofvezelhuiden en 'exotische metalen , 'Zei Balaram.

"Dit is in feite een vliegtuig dat toevallig ook een ruimtevaartuig is", zei Balaram. 'Het heeft de lancering overleefd. Het heeft de reis door de ruimte, het vacuüm en de straling overleefd, het heeft het binnenkomen, dalen en landen op het oppervlak op de bodem van de Perseverance rover overleefd, en het heeft alle uitdagingen en ontwerpproblemen overleefd die nodig zijn voor een ruimtevaartuig.

"Maar bovenal zie ik Ingenuity ook als een experimenteel vliegtuig", zei hij.

De oppervlaktedruk van de atmosfeer van Mars is ongeveer 1% die van de aarde, wat betekent dat de rotors van Ingenuity extra lift moeten genereren om de helikopter te laten opstijgen. De rotors van de Mars-helikopter zullen ongeveer vijf tot tien keer sneller draaien dan een typische helikopter die in de atmosfeer van de aarde vliegt.

Lori Glaze, hoofd van NASA's afdeling planetaire wetenschap, beschreef de Ingenuity-helikopter als een experiment met een hoog risico en hoge beloningen dat de weg zou kunnen effenen voor toekomstige luchtvoertuigen om Mars en andere planeten te verkennen.

Voordat de helikopter kan proberen geschiedenis te schrijven, doorloopt hij een reeks implementatie- en afrekenstappen. Het duurt ongeveer zes dagen om het draagschroefvliegtuig volledig van de rover te bevrijden, waarbij eerst een lanceerslot werd vrijgegeven dat Ingenuity stevig aan de rover vasthield tijdens de reis naar Mars.

Dan snijdt een pyrotechnisch apparaat een tafel uit zodat Ingenuity uit zijn horizontale positie kan draaien, en de helikopter zal twee van zijn vier landingspoten uitschuiven. Op de derde dag zal een elektromotor Ingenuity volledig in verticale richting draaien onder de rover, en de andere twee landingspoten zullen zich op de vierde dag van de inzetvolgorde van de helikopter ontvouwen, volgens NASA.

Op dat moment blijft de helikopter met een enkele bout en een paar kleine elektrische connectoren aan de rover bevestigd, zei NASA.

NASA zegt dat een groothoekcamera aan het einde van de robotarm van de rover tijdens de reeks foto's van Ingenuity zal maken om te bevestigen dat alles er goed uitziet.

Op de dag voordat Perseverance de helikopter vrijgeeft, zal het Ingenuity-team van JPL de zes batterijcellen van het draagschroefvliegtuig volledig opladen met behulp van elektriciteit uit de plutonium-krachtbron van de rover. Dan verbreekt de rover zijn verbinding met de helikopter om ongeveer 5 centimeter naar het oppervlak van Mars te vallen.

"Dan zal er de afzetting van de helikopter op het oppervlak zijn, en dan zal er die eerste blootstelling aan zonlicht zijn, waarbij we de batterijen zelf moeten opladen", zei Balaram. “We maken geen deel meer uit van de Perseverance rover en zijn veilig verbonden en we zijn volledig alleen, volledig autonoom, wachtend op het ontvangen van commando's.

Zodra Ingenuity op de grond is, begint de Perseverance weg te rijden van de helikopter. De bestemming is een observatiepunt op minstens 200 meter afstand van de vluchtzone van Ingenuity, die zelf ongeveer zo lang is als een voetbalveld. De vluchtzone omvat een vliegveld, een gebied van 60 bij 33 voet (33 bij 10 meter) waar de helikopter zal opstijgen en landen.

Grondteams kozen de locatie voor het vliegveld met behulp van beelden van de camera's van Perseverance, die de afgelopen maand het landschap op de landingsplaats bij Jezero Crater hebben onderzocht. De gekozen regio voor de testvluchten is vlak, met weinig rotsen of obstakels die een bedreiging kunnen vormen voor de helikopter.

Er zal een beetje drama zijn nadat de rover de helikopter op het oppervlak heeft losgelaten.

De batterijen van Ingenuity kunnen de helikopter van stroom voorzien en de interne elektronica ongeveer 25 uur warm houden voordat ze moeten worden opgeladen. De rover zal de zonnepanelen van Ingenuity in de schaduw stellen nadat het het vliegtuig heeft losgelaten, dus het zal binnen een dag moeten wegrijden om zonlicht de helikopter te laten verlichten, volgens Farah Alibay, een ingenieur die toezicht houdt op de integratie van Perseverance met de Ingenuity-helikopter.

"We zullen een aantal dagen van inbedrijfstelling doorlopen, ongeveer een week, waar we sensoren testen, we testen op zonne-energie mechanismen, we testen de motoren om er zeker van te zijn dat ze goed draaien, en we zullen zeer methodisch zijn en zelfs zo gedreven. technisch experiment ontvouwt zich, 'zei Balaram. "En dan zullen we op een punt zijn waar we onze eerste vlucht zullen ondernemen en dan zullen we geleidelijk agressievere vluchten ondernemen zodra we al het gedrag op die eerste vlucht begrijpen en analyseren."

De tegengesteld draaiende rotors van Ingenuity zullen tot 2,537 tpm draaien - meer dan 40 keer per seconde - terwijl de helikopter op de grond blijft, een laatste test voordat ingenieurs het vliegtuig laten vliegen.

"Onze huidige beste schatting van wanneer de (eerste) vlucht zou kunnen plaatsvinden, is niet eerder dan ongeveer 8 april, maar de zaken zijn vloeiend", zei Balaram. "We zijn erg door evenementen en experimenten gedreven, dus dat kan met een paar dagen in beide richtingen worden veranderd, maar de beste schatting die we nu hebben is rond 8 april."

Mars is momenteel ongeveer 159 miljoen mijl of 259 miljoen kilometer van de aarde verwijderd. Het kost communicatiesignalen ongeveer 14 minuten om een ​​enkele reis tussen de planeten te maken, waardoor grondteams geen kans krijgen om in realtime met Ingenuity te vliegen.

In plaats daarvan zullen ingenieurs commando's voor elk van de vluchten van de helikopter uplinken, en Ingenuity zal autonoom opstijgen en landen, met behulp van een op vision gebaseerd navigatiesysteem om zijn vluchten te begeleiden.

Ingenieurs hebben de helikopter getest in een lagedrukkamer bij JPL, die de atmosferische omstandigheden op Mars simuleert.

Voordat de helikopter gaat vliegen, zullen ingenieurs de windomstandigheden en andere weerparameters, zoals atmosferische dichtheid, beoordelen om de kans op succes te maximaliseren. Controllers bij JPL kunnen de rotorsnelheid aanpassen aan de atmosferische omstandigheden op de dag van elke vlucht.

"Ik denk dat de grootste uitdaging zal zijn dat we vliegen in de atmosfeer van Mars, die zijn eigen dynamiek heeft, zijn eigen winden, met windstoten enzovoort," zei Balaram. “Dit zijn dingen die we hebben getest met windtunnels in onze kamer. We hebben er enig vertrouwen in dat alles goed zal komen, maar er gaat niets boven het feit dat je in de echte omgeving van Mars bent om te zien hoe goed de ... aerodynamica werkt. "

Balaram zei dat er ook uitdagingen zijn die verband houden met het overleven van de koude Mars-nachten, wanneer de temperatuur ver onder nul daalt.

“Het is moeilijk om een ​​klein systeem de hele nacht warm te houden. Dus om te zien hoe goed dat thermische systeem ons de hele nacht beschermt, hoe goed werkt het zonnepaneel dan? " hij zei. “Er zijn een aantal technische aspecten voordat je zelfs maar bij de vlucht komt. Maar als het gaat om het daadwerkelijke vliegen, zijn het echt de wind en de dynamiek van hoe dat allemaal in wisselwerking staat met de helikopter die voor ons het meest interessant zullen zijn om te leren. "

Ervan uitgaande dat de eerste vlucht goed verloopt, zou Ingenuity nog vier keer kunnen vliegen, een grotere hoogte van ongeveer 16 voet (5 meter) bereiken en naar beneden gaan langs de vooraf geselecteerde vluchtzone, alvorens terug te keren naar zijn "helikopterplatform" om te landen.

De limiet van 16 meter voor de vluchten van Ingenuity wordt grotendeels bepaald door de prestatiebeperkingen van een laserafstandsmeter aan boord die de afstand van de helikopter tot de grond meet, aldus Grip.

"We concentreren ons op het demonstreren van de basisvaardigheden om te zweven en dan te oversteken en langere afstanden af ​​te leggen, waarbij we door de vluchtzone gaan en weer terug," zei Grip. “En als we daar voorbij komen, zullen we beoordelen of we alle doelstellingen hebben gehaald tijdens die vluchten, of we terug willen en sommige van die dingen opnieuw willen proberen, of dat als alles heel goed gaat, we kunnen proberen onze capaciteiten uit te breiden. "

NASA heeft slechts een maand gereserveerd voor de testvluchten van Ingenuity, omdat de Volharding-missie van $ 2.4 miljard in beweging moet komen om zijn eigen wetenschappelijke doelstellingen met hogere prioriteit na te streven. De rover is ontworpen om gesteentemonsters te verzamelen voor terugkeer naar de aarde voor een toekomstige missie die eind 2020 op Mars zal aankomen.

Wetenschappers op aarde zullen de exemplaren analyseren en zoeken naar tekenen van het oude Mars-leven.

"Vindingrijkheid is een project van beperkte tijd", zei Glaze. “Het zal 31 aardse dagen hebben om te proberen de eerste helikopter te zijn die op een andere planeet vliegt. Het is niet bedoeld om wetenschap te verzamelen, maar omdat de missie zo gefocust is, is het in de kern innovatief. "

NASA's eerste Marsrover, Sojourner genaamd, landde in 1997 op de Rode Planeet en bewees het nut van oppervlaktemobiliteit bij het verkennen van andere werelden.

"Sojourner herdefinieerde wat we dachten dat mogelijk was op het oppervlak van Mars en veranderde volledig onze benadering van hoe we het verkennen," zei Glaze. "Die kleine rover stelde alle missies in staat om te volgen, en nu kan Perseverance - zo groot als een kleine auto - andere technologiedemonstraties uitvoeren, zoals Ingenuity, die onze horizon verder zullen verbreden."

Toekomstige helikopters kunnen met meer geavanceerde wetenschappelijke instrumenten naar andere planeten worden gestuurd.

NASA heeft een robotmissie genaamd Dragonfly geselecteerd om de grootste maan Titan van Saturnus te verkennen. Maar Titan heeft een veel dikkere atmosfeer dan Mars, wat de moeilijkheid van een rotoraangedreven vlucht vergemakkelijkt.

"Als we Mars vanuit de lucht met een dunne atmosfeer kunnen verkennen en wetenschappelijk kunnen onderzoeken, kunnen we zeker hetzelfde doen op een aantal andere bestemmingen in het zonnestelsel, zoals Titan of Venus," zei Braun.

Luchtdrones kunnen gebieden op andere planeten onderzoeken die niet bereikbaar zijn voor rovers die op de grond rijden.

"De toekomst van gemotoriseerd vliegen bij verkenning van de ruimte is solide en sterk", zei Braun.

E-mail de auteur.

Volg Stephen Clark op Twitter: @ StephenClark1.

Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://spaceflightnow.com/2021/03/26/nasa-primed-for-historic-flight-of-experimental-mars-helicopter/