När NASA:s nya Perseverance Martian-rover lanseras om lite mer än en månad kommer den att ha en liten stuvningsrobot ombord. Påhittighet är en liten helikopter, med en flygkropp ungefär lika stor som en softball och två utskjutande rotorer som mäter cirka 4 fot i diameter. Den fästes på botten av roverns chassi i april, och NASA släppte nyligen detaljer om dess tekniskt utmanande releaseprocess.
Innan teamet av NASA och Lockheed Martins ingenjörer började designa frigöringsmekanismen, var de dock tvungna att bestämma vad Ingenuitys uppdrag faktiskt skulle vara. I slutändan kommer helikoptern att fungera som den första motordrivna experimentella testflygningen på någon utomjordisk kropp. NASA hoppas att det kommer att bli den första av många, vilket leder till framtida helikoptrar på Mars som kan tillåta uppdragsforskare att titta in i tidigare otillgängliga platser, som kratrar och klippor, från luften. Om ingenuity blir framgångsrik kan det bana väg för många framtida flygbaserade vetenskaps- och scoutuppdrag.
Bild som beskriver olika delsystem av Ingenuity-elikoptern. Kredit: NASA/JPL-Caltech
För att bli framgångsrik måste först Ingenuity kunna flyga. Det skulle ha svårt att göra det från underlivet på en rover som bara är 25 tum från marken. Därför utvecklade ett team av ingenjörer från JPL och Lockheed Martin Space ett system för att separera Ingenuity från Perseverance, känt som Mars Helicopter Delivery System.
Helikoptern i sig kommer faktiskt att förvaras horisontellt i Perseverances underrede. Efter cirka 60 dagar efter landning på Mars-ytan i februari 2021, kommer rovern att söka sig till en platt mark som mäter 10m x 10m och som inte har några hinder runt sina kanter som skulle blockera roverns sikt av helikoptern. det tar fart. Den kommer sedan att tappa skräpskölden som skyddade uppfinningsrikedom på vägen till Mars yta. Nästa upp är en sex dagars väntan för att bekräfta effektiv separation av skölden och den nominella helikoptersystemets funktion.
Video som beskriver de första ansträngningarna att utveckla ett Mars Helicopter-koncept som så småningom blev uppfinningsrikedom. Kredit: CalTech
När den väl har fått klarteckensignalen kommer Mars Helicopter Delivery-systemet att börja fungera – bokstavligen. Det första steget i flerstegsprocessen är att låsa upp mekanismen som höll helikoptern på plats under inträde , nedstigning och landningsfas för uppdraget. När låset är urkopplat, en liten explosiv laddning skär av en kabel som håller tillbaka en fjäderbelastad arm. Den armen börjar sedan sänka helikoptern till vertikalt läge, assisterad av en liten elmotor. Efter att helikoptern är helt vertikal kommer ytterligare en liten sprängladdning att släppa de två benen som packades undan för förvaring på den interplanetära flygningen.
För designerna av systemet är den svåraste delen av hela releasesystemet det sista steget – en droppe på 5 tum. Det 25 tums spelrum som Perseverance ger upptas nästan helt av Ingenuitys 19 i höjd. Det betyder att det sista steget efter att det är i vertikalt läge kommer att innebära att uppfinningsrikedom tappar 5 tum rakt ner på Mars-ytan.
Video av Mars Helikopter Delivery System i aktion. Kredit: NASA/JPL-Caltech och Lockheed Martin Space
Det är inte klart exakt vad NASA:s plan är om Ingenuity tippar, men det kommer säkert att ha en. De skulle potentiellt kunna använda robotarmen eller till och med ett av hjulen på rotorn för att flytta tillbaka helikoptern till stående position. Förhoppningsvis kommer Perseverance helt enkelt att kunna röra sig bort från den upprättstående helikoptern och inta en observationsposition några hundra meter bort från Ingenuitys uppskjutningsplats. Att hålla sig inom kommunikationsräckvidden är nyckeln till en framgångsrik operation, eftersom Ingenuity kommer att använda Perseverances kommunikation plattform för att överföra data om sin flygning tillbaka till NASA. I en annan första på en utomjordisk planet kommer Ingenuity att använda det gemensamma IoT-kommunikationsprotokollet Zigbee eftersom det är metoden för att överföra data.
Påhittighet kan ses i den nedre centrala delen av denna bild av undersidan av Perseverance-rovern. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Förutsatt att allt går bra kommer Ingenuity att starta i den första motordrivna testflygningen någonsin på en annan planet. Under loppet av sitt uppdrag förväntas Ingenuity flyga upp till 5 gånger, nå höjder på mellan 3 och 10 meter och potentiellt täcka 300 meter terräng på en enda flygning. Telemetrin och andra data som den kommer att skicka tillbaka till NASA kommer att vara ovärderliga för att bedöma genomförbarheten av motordrivna flygningar på Mars, och kan informera framtida autonoma uppdrag såväl som flygningar som direkt kontrolleras av framtida Mars-upptäckare.
Den informationen kommer i slutet av en lång utvecklingsväg. Helikoptern som blev Ingenuity var först föreslagen tillbaka 2014, äntligen accepterad för flygning på Mars 2020-uppdraget 2018, med en budget på 23 miljoner dollar. Medan den finansieringen gav Ingenuity utmärkelsen att vara den första flygmaskinen som landade på den röda planeten, har det gjorts många andra föreslagna flygtester på Mars, som t.ex. ARES och Sky-Sailor . Om mindre än ett decennium kommer den också att få sällskap på en främmande himmel Trollslända , ett planerat helikopteruppdrag till Titan 2026.
Påhittighet kommer inte att behöva vänta lika länge tills det är dag i solen – den är redan inkluderad i Perseverances chassi, redo för lanseringsdatum under de kommande månaderna och ankomst till Mars den 18 februari 2021. Inom några månader efter beröring. ner kommer Mars Helicopter Delivery System äntligen få en chans att visa upp all teknik som har lagts ner i det. Och med till och med en enda framgångsrik testflygning kommer Ingenuity själv att markera sitt namn i den mänskliga rymdfärdens annaler.
Läs mer:
NASA-artikel: Hur NASA:s Mars-helikopter kommer att nå den röda planetens yta
NASA: Mars Helicopter Technology Demonstrator
NASA: Mars Helicopter Hemsida
