Ingenuity

Wygląd Ingenuity
Ingenuity na powierzchni Marsa
Logo

Ingenuity (pol. „Pomysłowość”) – zrobotyzowany wiropłat, mały śmigłowiec-dron wysłany na Marsa w misji NASA pod nazwą Mars 2020. Po wylądowaniu łazika Perseverance na powierzchni Marsa 18 lutego 2021 r. został od niego odłączony 3 kwietnia 2021 r. Wykonywał samodzielne loty z napędem śmigłowym, a zdjęcia i dane z lotu przesyłał do łazika. Używano go do wykrywania interesujących obiektów na Marsie i w planowaniu najlepszej trasy dla łazika marsjańskiego[1][2].

Zadanie[edytuj | edytuj kod]

Części składowe Ingenuity

Ingenuity odbył pierwszy w historii astronautyki lot z napędem na planecie innej niż Ziemia. Podczas kampanii testowej trwającej 30 soli, na początku misji łazika, Ingenuity wzniósł się pięć razy. Była to przede wszystkim demonstracja nowej technologii[1]. Każdy lot z tej fazy odbył się na wysokościach od 3 do 10 m nad powierzchnią planety[3]. W trzecim locie w ciągu 80 sekund lotu dron oddalił się na około 50 m od miejsca startu, a następnie wrócił do strefy startowej[4]. Ingenuity korzysta z autonomicznego sterowania podczas krótkich lotów, chociaż są one planowane telerobotycznie i skryptowane przez kontrolerów z Jet Propulsion Laboratory (JPL). Ingenuity komunikuje się z łazikiem Perseverance w trakcie lotu oraz bezpośrednio po każdym lądowaniu. Przez prawie trzy lata działał zgodnie z oczekiwaniami, dzięki czemu NASA będzie mogła wykorzystywać drony w przyszłych misjach na Marsie[5].

Liderką projektu jest inż. MiMi Aung współpracująca z firmami AeroVironment Inc., NASA Ames Research Center i NASA Langley Research Center[6].

Ingenuity jest demonstratorem technologii opracowanej przez JPL. Ma sprawdzić, czy technologia pozwala bezpiecznie latać. Ma też zapewnić lepsze mapy oraz pomóc opracować wskazówki, które dałyby przyszłym kontrolerom misji więcej informacji pomocnych w planowaniu tras podróży i unikaniu zagrożeń, a także w identyfikowaniu interesujących miejsc dla łazika. Śmigłowiec jest zaprojektowany tak, aby przekazywał obrazy „z lotu ptaka” w rozdzielczości około dziesięciokrotnie większej niż obrazy orbitalne, a także obrazy miejsc, które mogą być przesłonięte dla kamer łazika Perseverance. Oczekuje się, że takie rozpoznanie może umożliwić przyszłym łazikom bezpieczne pokonanie nawet trzykrotnie większej odległości w jeden sol[7].

Konstrukcja[edytuj | edytuj kod]

Dane techniczne Ingenuity
rozmiary korpusu 13,6 × 19,5 × 16,3 cm[1]
nogi 0,384 m[1]
średnica wirników 1,2 m[1][8]
wysokość 0,49 m[1]
masa 1,8 kg[8]
masa akumulatora 273 g
moc 350 W
pojemność akumulatorów 35-40 Wh[1][8]
obroty wirnika 2400 obr./min[1][8] do 2700 obr./min[9]
prędkość końcówek łopat wirnika <0,7 Mach[10]
planowany czas działania 1 do 5 lotów w ciągu 30 sol[1]
planowany czas lotu do 90 sekund na każdy lot
planowany zasięg lotu 50 m[1]
zasięg łączności radiowej 1000 m[5]
maksymalna wysokość lotu 5 m (planowana), 12 m (osiągnięta)
prędkość maksymalna w poziomie: 10 m/s

w pionie: 3 m/s

Śmigłowiec wykorzystuje przeciwbieżne współosiowe wirniki o średnicy około 1,2 m. Wyposażony jest w skierowaną w dół kamerę o wysokiej rozdzielczości, przeznaczoną do nawigacji, kontroli lądowania i do badań naukowych terenu oraz w system komunikacji do przekazywania danych do łazika Perseverance. Chociaż jest to odmiana śmigłowca, to skonstruowana została zgodnie ze specyfikacjami statku kosmicznego, aby wytrzymać siłę przeciążenia i wibracje podczas startu z Ziemi. Obejmuje również systemy odporne na promieniowanie, które są zdolne do funkcjonowania w zimnym środowisku Marsa. Niespójne pole magnetyczne Marsa wyklucza użycie kompasu do nawigacji, wobec czego Ingenuity wykorzystuje kamerę śledzącą światło słoneczne zintegrowaną z wizualnym systemem nawigacji bezwładnościowej JPL. Niektóre dodatkowe dane wejściowe wykorzystują żyroskopy, wizualną drogometrię, czujniki przechyłu, wysokościomierz i czujniki zagrożeń. Źródłem zasilania helikoptera jest akumulator litowo-jonowy firmy Sony składający się z sześciu ogniw o pojemności 2 Ah i napięciu całkowitym 15–25,2 V, o energetycznej pojemności znamionowej 35,75 Wh, z czego 10,73 Wh przeznaczone jako rezerwa na przetrwanie nocy. Układ ma zapewnić lot urządzenia przez około 90 sekund. Akumulatory są ładowane panelami słonecznymi[5].

W helikopterze zastosowano procesor Qualcomm Snapdragon 801 z systemem operacyjnym Linux. Oprócz innych funkcji przetwarza on algorytm nawigacji wizualnej poprzez oszacowanie prędkości wyprowadzone z funkcji śledzonych za pomocą kamery. Procesor Qualcomm jest podłączony do dwóch mikrokontrolerów sterujących lotem (MCU). Posiada również bezwładnościowy moduł pomiarowy i wysokościomierz laserowy Garmin LIDAR Lite v3. Komunikacja z łazikiem odbywa się za pośrednictwem łącza radiowego z wykorzystaniem protokołów komunikacyjnych ZigBee małej mocy, realizowanych za pośrednictwem układów SiFlex 02 zamontowanych w łaziku i w helikopterze. System komunikacyjny jest przeznaczony do przekazywania danych z prędkością 250 kbit/s na odległość do 1000 m[5].

Śmigłowiec był przymocowany do spodu łazika Perseverance. Został opuszczony na powierzchnię 3 kwietnia 2021. Po opuszczeniu śmigłowca, a przed rozpoczęciem lotów Ingenuity – łazik odjechał na odległość około 100 m.

Przygotowanie przedsięwzięcia[edytuj | edytuj kod]

NASA JPL i AeroVironment opublikowały w 2014 roku projekt koncepcyjny helikoptera zwiadowczego towarzyszącego łazikowi. Do połowy 2016 r. przeznaczono 15 mln USD, aby kontynuować rozwój śmigłowca. Do grudnia 2017 r. modele inżynieryjne pojazdu zostały przetestowane w symulowanej atmosferze Marsa. Niektóre przechodziły też testy w Arktyce, ale ich włączenie do misji nie zostało jeszcze zatwierdzone ani sfinansowane z budżetu federalnego Stanów Zjednoczonych, ogłoszonego w marcu 2018 r., kiedy przeznaczono na śmigłowiec na okres jednego roku 23 mln USD. Następnie 11 maja 2018 r. ogłoszono, że śmigłowiec będzie mógł zostać opracowany i przetestowany w czasie odpowiednim do tego, aby włączyć go do misji Mars 2020. Śmigłowiec przeszedł szeroko zakrojone testy dynamiki lotu i środowiska, a następnie został zamontowany na spodzie łazika Perseverance w sierpniu 2019 r. Jego masa wynosi nieco poniżej 1,8 kg a JPL określiło, że planowany okres projektowy to 5 lotów na Marsie. NASA zainwestowała około 80 milionów USD w budowę Ingenuity i około 5 milionów USD w obsługę helikoptera[11].

NASA ogłosiła konkurs „Name the Rover” („nazwij pojazd”), na który napłynęło 28 tysięcy odpowiedzi od uczniów amerykańskich szkół średnich. Zwyciężczynią konkursu okazała się Vaneeza Ruppani, uczennica 11. klasy liceum w Northport z hrabstwa Tuscaloosa w Alabamie, i to jej propozycja przyjęta została jako nazwa marsjańskiego helikoptera[12].

Testowanie na Ziemi[edytuj | edytuj kod]

Pierwszy lot Ingenuity 19 kwietnia 2021

W 2019 roku wstępne modele Ingenuity zostały przetestowane na Ziemi w symulowanych warunkach atmosferycznych i grawitacyjnych Marsa[2]. Do testów w locie wykorzystano dużą komorę próżniową do symulacji bardzo niskiego ciśnienia atmosferycznego Marsa, wypełnioną dwutlenkiem węgla do około 0,6% ciśnienia na Ziemi na poziomie morza, co w przybliżeniu odpowiadałoby helikopterowi lecącemu w atmosferze ziemskiej na wysokości około 34 km. Aby zasymulować znacznie zmniejszone pole grawitacyjne Marsa, 62% ziemskiej grawitacji zostało skompensowane przez linę ciągnącą pojazd w górę podczas testów w locie[13].

Loty[edytuj | edytuj kod]

Ingenuity w nocy z 19 na 20 lutego 2021 za pośrednictwem orbitera przekazał na Ziemię pierwsze po wylądowaniu na Marsie potwierdzenie, że funkcjonuje zgodnie z planem i czeka na swoje zadania[14][15].

Pierwszy lot Ingenuity planowano zrealizować 11 kwietnia 2021, ale w trakcie testów wykryto problemy techniczne, przez co podjęto decyzję o przełożeniu startu na 14 kwietnia, a później przedłużono to opóźnienie o kolejne dni. Ostatecznie start do pierwszego lotu odbył się 19 kwietnia: wiropłat wzniósł się na około 3 metry nad powierzchnię Marsa, lot trwał około 40 sekund wraz z procedurą bezpiecznego lądowania[16][17].

Kolejne loty realizowano w następnych tygodniach. Do 18 stycznia roku 2024 odbyło się ich 72[3]. Lot 72 był ostatni z powodu uszkodzenia łopatki wirnika[18].

Nr lotu Podsumowanie
1 Pierwszy lot na innej planecie[19]; lot w górę na wysokość 3 metrów, obrót o 96 stopni i lądowanie
2 Pierwsze zdjęcia kolorowe; lot w górę na 5 m, obroty, lot w poziomie około 2 metry i powrót[20]
3 Pierwsze oddalenie od miejsca lądowania; lot w górę, lot w poziomie około 50 metrów i powrót[3][4]
4 Pierwsze nagranie dźwięku lotu przez Perseverance[21]; pobicie rekordu dystansu pokonanego przez łazika
5 Pierwsze lądowanie w nowym miejscu; lot w górę na 10 metrów, obrót, lot w poziomie 129 metrów[3]
6 Błąd w systemie przetwarzania obrazów nawigacyjnych; udane lądowanie pomimo błędu[22]
7 Lot 106 metrów na południe[3]; kamera kolorowa nie robiła zdjęć z uwagi na błąd z 6 lotu[23]
8 Lot 160 metrów na południe[3]; kamera kolorowa nie robiła zdjęć z uwagi na błąd z 6 lotu[24]
9 Rekord odległości przebytego dystansu - 625 metrów[3]; lot nad nierównym terenem[25]
10 Rekord wysokości lotu - 12 metrów[3]; zaliczenie 10 punktów nawigacyjnych w regionie Raised Ridges[26]
11 Przejście do nowego miejsca startu w regionie South Séítah[27]
12 Zrobiono pięć par kolorowych zdjęć by stworzyć anaglify South Séítah[28]
13 Lot koncentrował się na jednej konkretnej grani w South Séítah[29]
14 Lot z większą prędkością wirników - 2700 rpm; zdjęcia nawigacyjne robione z rekordową częstością 7 fps[9]
15 Lot 407 m na południowy wschód; lądowanie w nowym miejscu[30]
16 Lot 116 m na północny wschód; lądowanie w nowym miejscu[31]
17 Lot 187 m na północny wschód; utrata łączności podczas lądowania[32]
18 Lot 230 m na północny wschód[3]; lądowanie w nowym miejscu
19 Lot 63 m na północny wschód[3]; lądowanie w miejscu startu lotu numer 9
20 Lot 391 m na północny zachód[3]; lądowanie w nowym miejscu[33]
21 Lot 370 m na północny zachód[3]
22 Lot 68 m na północny wschód[3]
23 Lot 358 m na północ[3]
24 Lot 47 m na północny zachód[3]; redukcja prędkości wirników do 2537 rpm; start pół godziny wcześniej - 9:30 LMST[34]
25 Lot 704 m na północny zachód[3]; rekord długości lotu i prędkości - 5.5 m/s
26 Lot 360 m na południe[3]
27 Lot 307 m na zachód[3]
28 Lot 418 m na zachód[3]
29 Lot 179 m na południowy zachód[3]
30 Lot 2 m na zachód[3]
31 Lot 97 m na zachód[3]
32 Lot 94 m na zachód[3]
33 Lot 111 m na zachód[3]
34 Lot testowy na 5 metrów w górę[3] po wgraniu nowego oprogramowania[35]
35 Lot na rekordową wysokość 14 metrów i odległość 15 metrów[3]
36 Lot na odległość 55 metrów na zachód i powrót do miejsca startu[3]
37 Lot 62 m na północny zachód[3]
38 Lot 110 m na północny zachód[3]
39 Lot 140 m na północny wschód i z powrotem[3]
40 Lot 178 m na północny zachód[3]
41 Lot 183 m na północny zachód i z powrotem[3]
42 Lot 248 m na północny zachód[3]
43 Lot 390 m na północny zachód[3]
44 Lot 334 m na północny zachód[3]
45 Lot 496 m na północny zachód[3]
46 Lot 445 m na południowy zachód[3]
47 Lot 440 m na południowy zachód[3]
48 Lot 398 m na północny zachód[3]
49 Lot 282 m; rekord wysokości lotu - 16 m[3]
50 Lot 322 m; rekord wysokości lotu - 18 m[3]
51 Lot 188 m na zachód[3]
52 Lot 363 m na zachód[3]
53 Lot 142 m na północ[3] z planowanych 203 m[36]; brak zdjęć z lotu
54 Lot w górę na 5 metrów[3]
55 Lot 264 m na zachód[3]
56 Lot 410 m na północ[3]
57 Lot 217 m na północ[3]
58 Lot 174 m na północny zachód[3]
59 Lot w górę na 20 m; rekord wysokości[3]
60 Lot 340 m na północny zachód[3]; rekord prędkości - 8 m/s
61 Lot w górę[3]; rekord wysokości - 24 m
62 Lot 268 m[3]; rekord prędkości - 10 m/s
63 Lot 579 m na południowy zachód[3]
64 Lot 411 m na północny zachód[3]
65 Lot 7 m na południowy zachód[3]
66 Lot pionowo do góry na 3 metry; pierwszy lot na drugi sol
67 Lot 393 m na północny wschód i z powrotem[3]
68 Lot 702 m na północny wschód i z powrotem[3]
69 Lot 705 m na północny wschód i z powrotem[3]; rekord przebytej odległości
70 Lot 260 m na wschód i z powrotem[3]
71 Lot w górę na 12 m[3]
72 Lot w górę na 12 m[3]; Ostatni lot

Dalsze zamierzenia związane z łazikami marsjańskimi[edytuj | edytuj kod]

Wypróbowanie technologii Ingenuity pozwoli opracować bardziej wydajne pojazdy latające do eksploracji Marsa i badań innych, posiadających atmosferę, celów planetarnych. Następna generacja wiropłatów może mieć masę w przedziale od 5 do 15 kg i być zdolna do przenoszenia ładunków między 0,5 a 1,5 kg. Te potencjalne statki powietrzne mogą mieć bezpośrednią komunikację z orbiterem i mogą, ale nie muszą, kontynuować pracę z obiektami dostarczonymi z Ziemi. Przyszłe helikoptery mogłyby zostać wykorzystane do zbadania specjalnych regionów z odsłoniętym lodem wodnym lub solankami, w których mogłyby potencjalnie przetrwać mikroorganizmy podobne do znanych na Ziemi. Można również rozważyć użycie śmigłowców marsjańskich do szybkiego dostarczania próbek do lądownika przeznaczonego do zabrania ich z powrotem na Ziemię, takiego jak ten, który ma zostać wystrzelony w 2026 r.[5]

Następcą Ingenuity będzie Mars Science Helicopter. Będzie heksakopterem, czyli helikopterem z 6 wirnikami. Będzie ważył około 30 kg z ładunkiem, zaś sam ładunek będący aparaturą naukową będzie ważył 5 kg. Zasięg wyniesie do 5 km, zaś czas lotu do 3 minut. Być może będzie pobierał próbki[37].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. ↑ a b c d e f g h i j Ingenuity Landing Press Kit. NASA, January 2021. [dostęp 2021-02-22]. [zarchiwizowane z tego adresu]. (ang.).
  2. ↑ a b Stephen Clark: Helicopter to accompany NASA’s next Mars rover to Red Planet. Spaceflight Now, 2021-02-20. [dostęp 2021-02-22]. (ang.).
  3. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw ax ay az ba bb bc bd be bf bg bh bi bj Mars Helicopter Tech Demo Flight Log [online], NASA [dostęp 2021-10-18].
  4. ↑ a b NASA’s Ingenuity Mars Helicopter Flies Faster, Farther on Third Flight [online], NASA, 25 kwietnia 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  5. ↑ a b c d e J. (Bob) Balaram, Timothy Canham, Courtney Duncan, Matt Golombek, Håvard Fjær Grip, Wayne Johnson, Justin Maki, Amelia Quon, Ryan Stern, David Zhu: Mars Helicopter Technology Demonstrator. Atmospheric Flight Mechanics Conference, 2018-01-12. [dostęp 2021-02-22]. (ang.).
  6. ↑ Witold J.F. Koning, Wayne Johnson, Brian G. Allan: Generation of Mars Helicopter Rotor Model for Comprehensive Analyses. NASA, 2018. [dostęp 2021-02-23]. [zarchiwizowane z tego adresu (2020-01-01)]. (ang.).
  7. ↑ Yang Gao, Steve Chien: Review on Space Robotics: Towards Top-Level Science through Space Exploration. Science Robotics, 2017. [zarchiwizowane z tego adresu]. (ang.).
  8. ↑ a b c d Mars2020 Helicopter Fact Sheet. NASA, 2020-03-22. [dostęp 2021-02-22]. [zarchiwizowane z tego adresu (2020-05-02)]. (ang.).
  9. ↑ a b Flight 14 Successful [online], NASA, 26 października 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  10. ↑ Bilal: A Stowaway Helicopter on NASA’s Mars Rover Will Attempt the First Flight on Another World. 2020-07-29. [dostęp 2021-02-23]. (ang.).
  11. ↑ Sarah Lewin: Yes, NASA Is Actually Sending a Helicopter to Mars: Here’s What It Will Do. Space.com, 2018-05-12. [dostęp 2021-02-23]. [zarchiwizowane z tego adresu]. (ang.).
  12. ↑ Grey Hautaluoma, Alana Johnson: Alabama High School Student Names NASA’s Mars Helicopter. NASA, 2020-04-29. [dostęp 2021-02-22]. [zarchiwizowane z tego adresu]. (ang.).
  13. ↑ First Flight on Another Planet!. Jet Propulsion Laboratory, 2019-08-17. [dostęp 2021-02-22]. [zarchiwizowane z tego adresu (2020-07-28)]. (ang.).
  14. ↑ Bartłomiej Pawlak: Helikopter Ingenuity odezwał się z Marsa. Kiedy po raz pierwszy wzbije się w powietrze?. gazeta.pl, 2021-02-22. [dostęp 2021-02-23]. (pol.).
  15. ↑ Dawid Długosz: Ingenuity ma się dobrze. NASA odebrała sygnały z helikoptera na Marsie. Komputer Świat, 2021-02-23. [dostęp 2021-02-23]. (pol.).
  16. ↑ (mba): Historyczny lot na Marsie. Dron Ingenuity wzniósł się nad powierzchnią planety. onet.pl, 2021-04-19. [dostęp 2021-04-19]. (pol.).
  17. ↑ msl/PAP: Dron Ingenuity w atmosferze Marsa. To pierwszy taki lot w historii. Polsat, 2021-04-19. [dostęp 2021-04-19]. (pol.).
  18. ↑ Magdalena Salik: NASA oficjalnie zakończyła misję helikopterka Ingenuity. Pojazd wykonał 72 loty nad Marsem. National Geographic, 2024-01-26. [dostęp 2024-01-26]. [zarchiwizowane z tego adresu (2024-01-26)]. (pol.).
  19. ↑ NASA's Ingenuity Mars Helicopter Succeeds in Historic First Flight [online], 19 kwietnia 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  20. ↑ NASA's Ingenuity Mars Helicopter Logs Second Successful Flight [online], 22 kwietnia 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  21. ↑ NASA's Perseverance Captures Video, Audio of Fourth Ingenuity Flight [online], NASA, 7 maja 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  22. ↑ Surviving an In-Flight Anomaly: What Happened on Ingenuity’s Sixth Flight [online], NASA, 27 maja 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  23. ↑ Ingenuity Flight 7 Preview [online], NASA, 4 czerwca 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  24. ↑ Flight 8 Success, Software Updates, and Next Steps [online], NASA, 25 czerwca 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  25. ↑ Flight 9 Was a Nail-Biter, but Ingenuity Came Through With Flying Colors [online], NASA, 7 lipca 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  26. ↑ Aerial Scouting of ‘Raised Ridges’ for Ingenuity’s Flight 10 [online], NASA, 23 lipca 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  27. ↑ North-By-Northwest for Ingenuity’s 11th Flight [online], NASA, 4 sierpnia 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  28. ↑ Better By the Dozen – Ingenuity Takes on Flight 12 [online], NASA, 15 sierpnia 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  29. ↑ Lucky 13 – Ingenuity to Get Lower for More Detailed Images During Next Flight [online], NASA, 3 września 2021 [dostęp 2021-10-28] (ang.).
  30. ↑ Flight #15 - Start of the Return Journey [online], NASA, 5 listopada 2021 [dostęp 2021-11-14] (ang.).
  31. ↑ Flight 16 – Short Hop to the North [online], NASA, 16 listopada 2021 [dostęp 2021-11-24] (ang.).
  32. ↑ Flight 17 – Discovering Limits [online], NASA, 7 grudnia 2021 [dostęp 2021-01-30] (ang.).
  33. ↑ Dusty Flight 19 Completed and Looking Ahead to Flight 20 [online], NASA, 23 lutego 2021 [dostęp 2021-03-01] (ang.).
  34. ↑ Balancing Risks in the 'Séítah' Region - Flight 24 [online], NASA, 5 kwietnia 2021 [dostęp 2021-04-23] (ang.).
  35. ↑ Flight 34 Was Short But Significant [online], NASA, 23 listopada 2022 [dostęp 2022-11-23] (ang.).
  36. ↑ NASA's Ingenuity Mars Helicopter Flies Again After Unscheduled Landing [online], NASA, 7 sierpnia 2023 [dostęp 2023-08-07] (ang.).
  37. ↑ NASA projektuje kolejny marsjański helikopter. Będzie większy i bardziej wszechstronny
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Ingenuity&oldid=72692146”