NASA ma plany co zrobić z Ingenuity, gdy ten zakończy piąty lot na Marsie. Co to będzie?

Gdy startowała misja Mars 2020, a nawet w lutym, gdy lądował Perseverance z podczepionym na spodzie Ingenuity, plan misji helikoptera był następujący - miesiąc na wykonanie eksperymentu, rozpoczętego najpóźniej 60 dni po lądowaniu, który miał dowieść zdolności pojazdów do lotu w rzadkiej atmosferze Marsa. Przez ten czas Perseverance miał coś tam sobie grzebać w Marsie, ale przede wszystkim pozostawał do dyspozycji projektu Ingenuity. Dopiero potem miał rozpocząć własne badania, a helikopter…?

No właśnie. Pytanie o to co stanie się z Ingenuity po zakończeniu demonstracji, nurtowało pewnie was od dawna. Teraz już wiemy, że przynajmniej przez kolejny miesiąc helikopter będzie towarzyszył łazikowi, który niebawem po wykonaniu 5 lotu eksperymentalnego zakończonego lądowaniem na lądowisku Braci Wright (tak nazwano miejsce testów Ingenuity na Marsie), ruszy we własną misję badawczą.

Dotychczasowa podróż Perseverance, a dokładnie jej ślady na zdjęciu wykonanym przez lecącego Ingenuity

Tego można było się spodziewać, bo skoro Ingenuity dowiódł iż może latać, nawet na dłuższe dystanse i wykonywać zwiad fotograficzny, to czemu nie dołączyć go do regularnej misji łazika. W tej chwili nawet ryzyko utraty Ingenuity nie przyćmi wcześniejszych osiągnięć.

Czwarty lot Ingenuity był sukcesem, a dzień wcześniej nie było żadnej awarii

Czwarty lot, w piątek 30 kwietnia, to był 133 metrowy zwiad, zakończony powrotem do miejsca startu po prawie dwóch minutach. W trakcie lotu, Ingenuity znowu ustanowił rekord prędkości poziomej osiągając 13 kilometrów na godzinę. To prawie dwa razy szybciej niż w trakcie trzeciego lotu.

Ingenuity jest w stanie poruszać się w powietrzu około 90 razy szybciej niż Perseverance może toczyć się po płaskiej powierzchni Marsa

Przed tym sukcesem media niepotrzebnie zaczęły mówić o rzekomej awarii pojazdu. W praktyce nieudany czwartkowy start nie był spowodowany awarią, ale spodziewanym ryzykiem blokady przejścia oprogramowania helikoptera z trybu przedstartowego w tryb lotu. Już wcześniej NASA zapowiadała, że 15% prób (czyli mniej więcej w 1 na 6 do 7 prób) może zakończyć się przerwaniem sekwencji startowej i to właśnie zdarzyło się w czwartek. W piątek już nie było problemów. Możemy zakładać, że piąta próba również będzie udana.

Czwarty lot Ingenuity widziany przez jedną z kamer nawigacyjnych Perseverance

Najciekawiej przedstawia się jednak nie ostatni z planowanych początkowo lotów Ingenuity (de facto już po trzech udanych próbach, twórcy tego helikoptera mogli otwierać szampana), a to co planowane jest na nadchodzący miesiąc. Bo przynajmniej o tyle zostanie przedłużona misja Ingenuity.

Helikopter Ingenuity pomoże Perseverance obserwując okolicę z powietrza

Tym razem Ingenuity nie wróci na pole startowe, a będzie przemieszczał się z miejsca na miejsce. W czasie lotu wykonywane będą zdjęcia, które ułatwią planowanie trasy Perseverance i wybór najciekawszych obiektów. W trakcie czwartego lotu kamera nawigacyjna wykonywała zdjęcia w parach, tak by udało się stworzyć obrazy 3D (oprócz tego powstało także wiele zdjęć kolorowych, które stopniowo są transmitowane na Ziemię).

Takie zdjęcia ułatwią ocenę stopnia trudności trasy jaka czeka łazik i pozwolą dużo szybciej reagować na ewentualne przeszkody. Perseverance ma mocniejsze koła niż Curiosity, ale zawsze lepiej chuchać na zimne. Im dłużej będą one w dobrej kondycji, tym odważniejsze będą wyzwania stawiane przed tym łazikiem.

Częstość lotów Ingenuity w trakcie rozszerzonej misji drona, zmniejszona zostanie z jednego na kilka dni, do jednego na dwa trzy tygodnie

NASA zakłada, że w przypadku powodzenia w pierwszym dodatkowym miesiącu misji Ingenuity, będzie ona przedłużona ponownie, ale i tak priorytet będzie miała już misja Perseverance i jego badania. Najpierw skoncentrują się one na analizie osadów wzdłuż granicy dna krateru, dopiero potem łazik ruszy na północ, by zając się dokładniejszym badaniem delty i wspinaczką na zbocza krateru.

Koniec misji Ingenuity wymusi konfiguracja Ziemia - Słońce - Mars

Już w październiku 2021 Perseverance znajdzie się wraz z Marsem po przeciwnej stronie Słońca co Ziemia. Będzie to też czas, gdy Mars jest w jednej z największych odległości od Ziemi, a opóźnienie transmisji w jednym kierunku to ponad 20 minut. To jednak najmniejszy problem. Istotniejsza jest kilkunastodniowa przerwa w łączności Ziemia - Mars.

Do tego etapu misji Perseverance musi się przygotować, w tym przesłać wszystkie zgromadzone dane, dlatego ostatnie działania związane z lotami Ingenuity przewidywane są na koniec sierpnia. Trudno jednak brać za pewnik, nawet to, że w czerwcu dron będzie sprawny. Loty w jednym kierunku to tyle niewiadomych, że każdy kolejny z nich będzie ogromnym osiągnieciem.

Każdy lot Ingenuity to garść cennych danych, nie tylko w postaci zdjęć

Choć Ingenuity nie jest wyposażony w apraturę badawczą inną niż wbudowana 13 Mpix kamera, to ma na pokładzie sporo czujników i dodatkowe kamery nawigacyjne, które zapewniają bogactwo danych o przebiegu lotu. Dowiadujemy się o zużyciu energii na każdym etapie. W trakcie drugiego lotu maksymalny pobór mocy wyniósł 310 W w momencie podrywania się do góry. Potem spadł do 200 W na czas lotu. Akumulatory helikoptera są przygotowane nawet na skoki do 510W, więc Ingenuity miał jeszcze spory margines bezpieczeństwa.

Po lewej pobór mocy w trakcie lotu, najpierw rozpędzenie wirników, start, unoszenie się w powietrzu, początek lądowania i zwolnienie prędkości obrotowej rotorów. Po prawej zmiana prędkości w pionie w trakcie startu, wznoszenia się, lotu i lądowania 

Inne dane informują o stabilności lotu. Wynika z nich, że Ingenuity jest w stanie utrzymać wysokość z dokładnością do 1 cm, a kierunek przemieszczania się nie odbiega od zamierzonego o więcej niż 1,5 stopnia. Największe wariacje dotyczą pozycji w poziomie, która zmieniała się nawet o 25 centymetrów. To konsekwencja podmuchów wiatru. Ingenuity nie mierzy prędkości wiatru, ale analiza kierunku lotu i prędkości obrotowej rotorów pozwala na określenie kierunku jego zmian.

Pomocą są też dane rejestrowane przez Perseverance. Na przykład w trakcie pierwszej próby wzniesienia się w powietrze, wiatr na Marsie wiał z prędkością 4-6 metrów na sekundę, pojawiały się też porywy z prędkością 8 m/s. NASA podkreśla, że stacja pogodowa MEDA na pokładzie Perseverance mierzy dane na wysokości 1,5 metra nad powierzchnią, więc jest prawdopodobne, że Ingenuity będąc wyżej (3 metry w trakcie pierwszego lotu) musiał stawiać czoła nawet trudniejszym warunkom.

Jak wygląda start oraz lądowanie Ingenuity i co ma z tym wspólnego Garmin

Obecnie maksymalna prędkość lotu poziomego to 13 km/h czyli około 3,6 metra na sekundę. Prędkość wznoszenia się i opadania wynosi z kolei 1 m/s. Pierwszy metr w trakcie wznoszenia pokonywany jest bez użycia laserowego miernika odległości, który został przygotowany przez firmę Garmin. Takie same sensory stosuje się w używanych na Ziemi dalmierzach konsumenckich tej marki.

Moment, w którym Ingenuity pobiera najwięcej energii to chwila trwająca jedną czwartą sekundy, gdy helikopter odrywa się od Marsa na wysokość 5 centymetrów. Potem w ciągu 2 sekund wznosi się na jeden metr i wtedy uruchamiany jest dalmierz. Uzupełnia on informacje zbierane przez kamery nawigacyjne.

Tuż po starcie, gdy dron wzniósł się na kilka centymetrów nad Marsa

Lot Ingenuity można podzielić także na dwie fazy, ze względu na wpływ wiatru. Jego sprężyste nogi dopóki dotykają Marsa skutecznie stabilizują pozycję helikoptera. Również w trakcie lądowania, chwila gdy nogi dotykają powierzchni jest odbierana przez oprogramowanie Ingenuity jako sygnał do zwolnienia prędkości obrotowej rotorów (w chwili startu wirują one z maksymalną prędkością 2537 obrotów na minutę).

Wykrywanie zbliżeniowe powierzchni aktywowane jest, gdy nogi Ingenuity znajdują się około 0,5 metra nad Marsem. Potem gdy sprężystość nóg spokojnie zmniejszy prędkość opadania z 1 m/s do 0,25 m/s, oprogramowanie helikoptera uznaje, że nastąpiło lądowanie.

Dane zebrane w trakcie dotychczasowych lądowań wskazują, że odbyły się one wzorowo. Nie było ani sytuacji, gdy helikopter zbyt szybko „spadł” lub wirniki pracowały jeszcze długo po jego wylądowaniu, co mogłoby nawet poskutkować wywróceniem Ingenuity. W takiej sytuacji można sobie wyobrazić asystę Perseverance, który podjechałby do helikoptera i spróbował go podnieść do pionu za pomocą robotycznego ramienia. Ale to tylko teoria, której lepiej żebyśmy nie mieli okazji sprawdzić w akcji.

Źródło: NASA, Garmin, inf. własna

Czytaj więcej o misji Mars 2020:

• Jak na Ziemię wrócą próbki skał zebrane przez Perseverance? Czy to ma sens? Co już mamy w ziemskich laboratoriach?
• Łazik Perseverance już nadaje z Marsa - kto na Ziemi odbiera te dane i w jaki sposób?
• Helikopter Ingenuity poleciał na Marsie po raz trzeci, ale tym razem była to wielka niewiadoma