Tehnologija I Svemir

NASA-ina helikopterska domišljatost pokušat će prvi let na Mars | Znanost

Prošlo je gotovo 120 godina otkako su braća Wright dokazala da je kontrolirani let s motorom moguć na Zemlji. Sada će NASA dokazati da se to može dogoditi na drugom planetu.

Dovitljivost, helikopter od četiri kilograma, pokušat će prvi let u atmosferi drugog planeta kad stigne na Mars. Helikopter veličine pinte trenutno je privezan za donju stranu NASA-inog rovera Perseverance, koji se raketira prema Crvenom planetu Očekivani datum dolaska 18. veljače .

Helikopter je ono što je poznato kao tehnološka demonstracija, što znači da je njegova jedina misija uspješno pokazivanje njegovih mogućnosti u nizu testnih letova. Ako sve bude u redu, domišljatost će započeti novu eru istraživanja neravnog Marsovog terena - ići tamo gdje roveri ne mogu i pružiti neke izdajničke značajke planeta, poput njegovih ogromnih cijevi od lave , detaljniji pregled.





Ako se usporedba braće Wright čini pretjeranom, uzmite u obzir sljedeće: nijedan helikopter nikada nije preletio više od oko 40 000 stopa na našem planetu. Ali na Marsu je zrak samo jedan posto gustoće Zemljine - toliko je tanak da je letenje tamo ekvivalent pokušaju polijetanja na 100 000 stopa.

Ne možete samo skalirati helikopter dizajniran da leti na Zemlji i očekivati ​​da će raditi na Marsu, kaže MiMi Aung, voditeljica projekta u NASA-inom Laboratoriju za mlazni pogon (JPL).



Da bi generirali dovoljno dizanja, Aung i tim inženjera predvođeni JPL-ovim Bobom Balaramom morali su redizajnirati tradicionalne rotorske brodove do samog oblika i materijala lopatica rotora, istovremeno dramatično povećavajući brzinu vrtnje tih lopatica. Konačni proizvod ima dva naslonjena rotora s oštricama promjera otprilike četiri metra koja se vrte u suprotnim smjerovima s 2.400 okretaja u minuti.

Ali generiranje dovoljno podizanja nije bila jedina briga momčadi. Kako bi stvorio helikopter koji bi mogao letjeti Marsom, tim se suočio s raznim izazovima, od toga da je vozilo postalo gotovo potpuno autonomno, pa sve do smanjenja plovila na izuzetno malu težinu.

Iako je Marsovska gravitacija tek oko trećine onoga što doživljavamo na Zemlji, smanjenje težine domišljatosti bila je stalna opsesija za one koji sudjeluju u projektu, kaže Aung. Bez obzira na sve, helikopter je morao biti težak četiri kilograma ili manje. Ono što je postalo vladajućim zakonom projekta proizašlo je iz potrebe da se domišljatost stavi ispod rovera Perseverance, koji je ograničio širinu rotora Ingenuityja na četiri metra i zauzvrat ograničio podizanje.



Svemu što smo učinili da bude nevjerojatno lagan suprotstavila se potreba da ga učinimo dovoljno snažnim da izdrži lansiranje i putovanje na Mars, kaže Balaram. To je zrakoplov koji je također trebao biti vjerodostojna svemirska letjelica.

Pregled minijature za videozapis

Kupite ograničenu seriju Mars kolekcije

Podržite Smithsonian ovim ekskluzivnim dizajnom koji slavi najnoviji rover Red Planeta. Dostupno samo do 23. veljače!

Kupiti Ustrajnost i domišljatost

Ustrajnost na ovoj ilustraciji ispada domišljatost na površini Marsa.(NASA / JPL-Caltech)

Aung se prisjeća potpune rasprave koja je izbila između obično blagog odgoja Balarama i članova telekomunikacijskog tima koji su pogriješili tražeći dodatna tri grama (oko 0,1 unci) za svoju opremu. Jasno je rekao da to moraju shvatiti bez dodatnih tri grama, prisjeća se Aung.

Još jedan veliki izazov s kojim se JPL tim suočio bio je učiniti Ingenuity gotovo potpuno autonomnom, jer treba najmanje pet minuta da signali dođu do Marsa. Dizajneri su također trebali napraviti da helikopter ne bi ugrozio misiju Perseverancea od 2,5 milijarde dolara. To je zahtijevalo sigurnosne inovacije poput punjenja baterija do pune snage neposredno prije leta kako bi se osiguralo da litij-ionske baterije Ingenuityja nemaju mogućnosti da se prepune i eksplodiraju poput pametni telefoni iz prošlosti .

Balaram je prvi put imao ideju koja će postati okosnica dizajna Ingenuityja 1990-ih. On i neki kolege predložili su NASA-u ideju o helikopteru Mars početkom 2000-ih i dobili godinu dana financiranja za rad na njemu, ali na kraju je novac presušio i ideja je bila odložena.

Više od deset godina kasnije, Aung kaže da je tadašnji direktor JPL-a Charles Elachi vidio razgovor koji ga je nadahnuo da vrati JPL s tupim pitanjem za svoj tim: Zašto ne letimo Marsom? Netko se u sobi sjetio Balaramovog rada i lopta se opet počela kotrljati. Nakon nove runde obećavajućih testova, JPL je 2014. dodao Aung kao voditeljicu projekta.

Kako je projekt odmicao dalje, novi izazov natjerao je tim na inovacije u drugoj dimenziji: testiranju. Nitko nikada prije nije pokušao letjeti na Marsu, pa je tim morao smisliti načine kako pokušati ponoviti njegov zrak, nižu gravitaciju, pa čak i malo vremena

U prosincu 2014. tim je usisao gotovo sav zrak iz vakuumske komore na JPL-u dok nije odgovarao gustoći Marsove atmosfere. Zatim su zavrtili oštrice svog prototipa. Letjelica se podigla sa zemlje, pokazujući prvi put da je moguće letjeti u zraku tako tanko. No, helikopter kojim se kontrolira džojstik treptao je i odbijao se od tla poput ptičice koja je prvi put napustila gnijezdo prije nego što se srušila na bok, odlažući komade oštrica. Dizalo je bilo tamo, ali kontrola nije.

U analizi tog testa, Balaram i tim shvatili su da trebaju izmijeniti oštrice prototipa. Na Zemlji se okrećuće se lopatice helikoptera brzinom počinju klapati gore-dolje, ali zrak je dovoljno gust da priguši mahanje prije nego što izmakne kontroli. Međutim, u simuliranom marsovskom zraku to je zamahivanje došlo i destabiliziralo mladi helikopter. Kako bi riješio problem, tim je na kraju izradio oštrice od superkrutog ugljičnog vlakna, koje je također, presudno, vrlo lagano.

Ispitivanje domišljatosti

Članovi NASA-inog tima ispituju domišljatost.(NASA / Cory Huston)

Nakon rješavanja kontroliranog leta, tim je trebao riješiti gotovo potpunu autonomiju. Havard Grip, inženjer koji je vodio tim za vođenje, navigaciju i upravljanje projektom, trebao je razviti pravu kombinaciju senzora i algoritama kako bi helikopter mogao ostati stabilan i na meti. U svibnju 2016., sljedeći veliki test vidio je kako se novorođenačka domišljatost podiže s tla i mirno lebdi, ali helikopter je i dalje bio privezan za izvor napajanja i računalo iza kulisa visećim repom žica. Tijekom sljedeće dvije godine tim je spakirao sve dijelove potrebne za let na Marsu - solarne ploče, baterije, komunikacije i procesore - u paket težak manje od četiri kilograma koji je u osnovi mogao sam letjeti.

Posljednji test potpuno opterećenog prototipa došao je u siječnju 2018. Inženjeri su stvorili letno okruženje još sličnije Marsu. Objesili su ribarsku liniju koja je prototip lagano povukla prema gore kako bi simulirala smanjenu gravitaciju Crvenog planeta i napunila letnu komoru ugljičnim dioksidom kako bi bliže oponašala sastav marsovskog zraka. Helikopter je poletio, lebdio i izveo odmjereni manevar bok uz bok, izgledajući svako malo poput ideje koja je sazrela u nešto stvarno.

Napokon, bilo je vrijeme da tim skupi pravu domišljatost. Ta posljednja, nervozna gradnja dogodila se u čistoj sobi s pažljivo steriliziranom opremom i dijelovima kako bi bili sigurni da helikopter koji se upušta u misiju usmjerenu na traženje drevnih znakova života na Marsu neće sa sobom donijeti nikakve biološke kontaminante. Sada je domišljatost vezana za Perseveranceovo podnožje dok cijela misija juri kroz svemir prema Marsu.

18. veljače, kada helikopter stigne na Crveni planet, borit će se sa suhim, hladnim okolišem u kojem noćne temperature mogu naglo pasti do -130 stupnjeva Fahrenheita. Nakon nekoliko tjedana osiguranja da sve funkcionira kako se očekivalo, Ustrajnost će se odvesti na neko prikladno ravno tlo da bi se ispalo iz domišljatosti. Nakon odlaganja helikoptera u tlo boje hrđe, Perseverance će se odvesti oko nogometnog igrališta.

Tijekom sljedećih 30 dana, domišljatost planira pokušati do pet sve ambicioznijih letova. Povijesni prvi let na drugi svijet bit će jednostavno lebdjenje.

Sama ideja da prvi let mora funkcionirati u uvjetima koje nikada niste doživjeli nevjerojatna je, kaže Nick Roy, istraživač s Massachusetts Institute of Technology koji je specijaliziran za autonomne robote. Možete obaviti sva ispitivanja i analize koje želite, ali na kraju dana uzlijećete i letite u uvjetima u kojima nikada ne letimo na Zemlji.

Ako sve bude u redu, probni letovi kulminirat će 500-metarskim poprekom Marsovskog terena. Iako domišljatost nema znanstvene ciljeve, ima par fotoaparata koji mogu isporučiti slike Crvenog planeta iz posve nove perspektive.

Te slike mogu pružiti uvid u to kako budući helikopteri mogu transformirati NASA-ine mogućnosti na Marsu, pa čak i drugi planeti . Ako je ovaj napor uspješan, otvara se potpuno nova metoda pomoću koje možemo istraživati ​​površinu Marsa, kaže Dave Lavery, izvršni direktor za domišljatost u NASA-inom sjedištu. Želite znati što je preko tog sljedećeg brda.

Erik Conway, povjesničar iz JPL-a čiji je posao katalogizirati njegove trijumfe i nevolje, kaže da će jednostavno brže pokrivanje tla na Marsu učiniti čuda za naše istraživanje njegove površine. Sletjeli smo na manje od deset stvari na cijeli Mars, kaže. Ako biste me pokušali uvjeriti da ste znali sve što treba znati o Zemlji slijetanjem na deset mjesta, nasmijao bih vam se.

vunasta mamutova lubanja pronađena u Michiganu

Balaram kaže da bi buduće iteracije Marsovih helikoptera mogle prevrnuti vagu do 50 kilograma, uključujući oko osam kilograma znanstvenih instrumenata, i mogle bi se prebaciti u heksakoptere poput nekih dizajna bespilotnih letjelica koje već lete ovdje na Zemlji.

Ako domišljatost uspije i postigne kontrolirani let na Marsu, Lavery kaže da probija branu. Ako to možemo na Marsu ... vjerojatno to možemo i na drugim mjestima. NASA već ima sličnu misiju pod nazivom Vretenca u cjevovodu koji planira letjeti rotorkom na nuklearni pogon na Saturnovom mjesecu Titanu gdje je zrak gušći.

Ali, sve ove mogućnosti ovise o riječi ako.

Taj prvi let na Marsu bit će krajnji, konačni test, kaže Aung. Nitko nije znao je li to moguće, a sada nam treba još jedan let da dokažemo da jest.





^