O pierwszym locie Ingenuity i towarzyszących mu wyzwaniach

Według informacji prasowych udostępnianych przez NASA, zaledwie dni dzielą nas od pierwszego kontrolowanego lotu na powierzchni Marsa! Głównym bohaterem tego osiągnięcia ma się stać Ingenuity. To helikopter, który 18 lutego - razem z Perseverance - wylądował na Marsie.

Przez minionych kilka tygodni byliśmy karmieni fotografiami prosto z Marsa, na których było widać, jak spod podwozia łazika Perseverance powoli odczepia się Ingenuity. To pierwsze urządzenie zbudowane przez ludzi zdolne do samodzielnego latania w atmosferze innej planety. Z tego powodu chwila, w której oderwie się ono od Marsa, okaże się z pewnością historyczna i już teraz niektórzy porównują ją do wyczynu na miarę braci Wright z 1904 roku.

Sposób działania helikoptera Ingenuity

Co do zasady etymologia słowa helikopter sprowadza się do kontaminacji dwóch greckich słów hélikos i pterón. W dosłownym tłumaczeniu na język polski, oznaczają one skręcony i skrzydło. Mianem helikoptera, według definicji dostępnej m.in. w internetowym słowniku języka polskiego PWN, określa się statek powietrzny o napędzie silnikowym, wyposażony w obracające się w płaszczyźnie poziomej śmigło (red. lub śmigła), startujący i lądujący pionowo. W definicję helikoptera wpisuje się zatem zarówno potężna maszyna, którą sterują ludzie siedzący wewnątrz, jak i kilkusetgramowy dron sterowany zdalnie ze znacznej odległości.

 

Wygląd helikoptera lecącego w atmosferze Ziemi. fot. Somchai Kongkamsri / Pexels

Statek powietrzny unosi się nad Ziemią, ponieważ wytwarza gwałtowny ciąg powietrza ruchem wirowym własnego śmigła lub śmigieł. To sprawia, że powietrze pod nim ma wyższe ciśnienie i powstaje siła nośna, zdolna do oderwania helikoptera od powierzchni Ziemi. Ilość obrotów potrzebnych do tego, by helikopter wzniósł się w powietrze zależy od kilku czynników, takich jak długość śmigła, masa helikoptera oraz gęstość płynu/gazu, w którym się on porusza. Standardowe helikoptery potrzebują około 240 obrotów na minutę, żeby wytworzyć odpowiednią siłę nośną potrzebną do oderwania się od Ziemi.

 

Warunki marsjańskie nie pomagają helikopterom

 

Przedstawione powyżej dane odnoszą się do warunków atmosferycznych na Ziemi, przy której powierzchni ciśnienie atmosferyczne przekracza 1000 hektopaskali. To sprawia, że powietrze jest wystarczająco gęste, aby helikoptery przy stosunkowo niewielkim wysiłku mogły się w nim przemieszczać.

 

Sytuacja zgoła odmienna może mieć miejsce na Marsie, gdzie z powodu rzadkiej atmosfery ziemskie helikoptery nie zdałyby egzaminu. Tamtejsza atmosfera boryka się z ciśnieniem rzędu 7 hektopaskali, co stanowi wartość kilkaset razy mniejszą niż na Ziemi.

 

 

Konstruktorzy NASA, pracując nad pierwszym marsjańskim helikopterem zdolnym do wykonywania lotów nad jego powierzchnią, musieli wziąć tę przeszkodę pod uwagę. Ingenuity jest oczywiście o wiele lżejszy od ziemskich helikopterów. Nie zmienia to jednak faktu, że wysiłek, który musi włożyć w oderwanie się od marsjańskiej powierzchni, jest o wiele większy niż na Ziemi.

 

Ingenuity został dostosowany do marsjańskiej atmosfery

 

Parametry i możliwości marsjańskiego helikoptera zostały dopasowane do warunków panujących na Marsie. Na samym szczycie jego karoserii umieszczone zostały ogniwa słoneczne, które ładują akumulatory helikoptera. Poniżej znajdują się anteny służące do kontaktu z łazikiem Perseverance. Pod antenami ulokowano dwa wirniki, które stanowią jeden z najważniejszych elementów konstrukcyjnych helikoptera.

 

Anatomia marsjańskiego helikoptera. fot. NASA

 

Każdy z wirników ma długość 120 centymetrów. Obydwa obracają się w przeciwnym sobie kierunku, co jest przemyślanym zabiegiem konstrukcyjnym, zapewniającym stabilność. Wirniki mogą wykonać nawet 2400 obrotów na minutę. Jest to wystarczająca wartość potrzebna do wytworzenia ciągu umożliwiającego helikopterowi oderwanie się od powierzchni Marsa.

 

Ingenuity, Fot. NASA/JPL-Caltech/ASU

 

Warto zaznaczyć, że Ingenuity to niewielkie urządzenie, którego ciężar zamyka się w wartości 2 kilogramów (na Marsie waży jeszcze mniej). Helikopter posiada techniczne możliwości do tego, by osiągać maksymalną wysokość 15 metrów oraz przemierzyć na jednym ładowaniu nawet do 300 metrów. W trakcie swoich lotów Ingenuity będzie wykonywał zdjęcia, prowadząc dodatkową dokumentację okolicy, w której pracuje Perseverance.

 

Trochę jeszcze poczekamy

 

Pierwszy start marsjańskiego helikoptera miał się odbyć po 30 dniach od wylądowania misji Mars2020 na Czerwonej Planecie. Wstępnie zaplanowano to wydarzenie na początek kwietnia. Z tego powodu już pod koniec marca w sieci pojawiały się zdjęcia podwozia łazika, z którego stopniowo odczepiał się Ingenuity. Ostatecznie helikopter spoczął na powierzchni Marsa 3 kwietnia 2021 roku.

 

Ingenuity pod podwoziem łazika Perseverance, fot. NASA/JPL-Caltech/MSSS

 

Od tego czasu oczekuje na swój pierwszy start, który miał się odbyć 8 kwietnia. W międzyczasie przeprowadzono kilka testów oprogramowania łazika, które wykazały pewne błędy w jego działaniu. NASA przełożyła planowany start na 14 kwietnia, lecz również ta data okazała się nietrafiona. W chwili obecnej programiści z NASA pracują nad przygotowaniem odpowiednich poprawek do oprogramowania helikoptera oraz nad instalacją ich w jego komputerze pokładowym.

 

Jest to trudna operacja z uwagi na to, że Ingenuity nie ma bezpośredniego kontaktu z kontrolerami misji znajdującymi się na Ziemi. Helikopter jest połączony z Perseverence, a Perseverance z orbiterami krążącymi wokół Marsa wobec czego najpierw oprogramowanie trafi na orbitę, potem do łazika, a ten przeprowadzi aktualizację w helikopterze. Takie utrudnienia sprawiają, że proces aktualizacji może potrwać nawet tydzień.

 

Źródło: mars.nasa.gov