Ingenuity

Марсіанський вертоліт Ingenuity () — роботизований дрон-розвідник для дослідження поверхні Марса з метою спрямування подальших пересувань ровера «Персеверанс».

Маленький дрон у вигляді вертольота використовується для тестування і демонстрації технології польотів на Марсі. За результатами тестування НАСА оцінює перспективність технології. Літаючий дрон забезпечує розвідку місцевості для марсіанського ровера.

У березні 2018 року проєкт отримав фінансування в розмірі 23 млн доларів США. 11 травня 2018 року було оголошено, що вертоліт стане частиною місії Mars 2020. Очікується до п'яти польотів вертольота впродовж 30-денного тестування цієї нової технологіїDecision expected soon on adding helicopter to Mars 2020. Jeff Fout. Space News. 4 May 2018. Планована тривалість кожного польоту становить не більше 3 хвилин, висота — 3—10 метрів над поверхнею, проте максимальна дистанція дії дрона — до 600 метрів за один політ. Вертоліт має автоматичний режим і передаватиме дані марсоходу після кожного повернення. Якщо технологія виявиться успішною, НАСА використовуватиме її у майбутніх місіях до МарсаMars Helicopter Technology Demonstrator . (PDF) J. (Bob) Balaram, Timothy Canham, Courtney Duncan, Matt Golombek, Håvard Fjær Grip, Wayne Johnson, Justin Maki, Amelia Quon, Ryan Stern, and David Zhu. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), SciTech Forum Conference; 8–12 January 2018, Kissimmee, Florida. . Керівник проєкту — MiMi Aung — Autonomous Systems Deputy Division Manager . NASA/JPL. Інші учасники — , Дослідницький центр Еймса (НАСА) та (НАСА)Generation of Mars Helicopter Rotor Model for Comprehensive Analyses . (PDF) Witold J. F. Koning, Wayne Johnson, Brian G. Allan. NASA Rotorcraft. 2018.

Конструкція

+ Польотні характеристики Ingenuity Оберти/хв 2400—2900 Швидкість лез < 0,7 МахаMars Helicopter Scout . video presentation at Caltech Час польоту До 90 с, раз на день Час роботи 1 або більше польотів впродовж 30 днів Максимальна відстань польоту Політ: 300 мЗв'язок: до 1000 м Максимальна висота 5 м Максимальна швидкість Горизонтальна 10 м/сВертикальна: 3 м/с

Дрон Ingenuity збудований JPL як демонстраційна технологія для перевірки здатності до безпечного польоту, а також забезпечення кращого картографування та орієнтації, що надасть більше інформації для побудови безпечних маршрутів майбутніх місій, допоможе у пошуках цікавих місць для дослідження. Гелікоптер має отримувати зображення, які приблизно вдесятеро перевищуватимуть роздільну здатність зображень з орбіти Марса, а також відображатиме особливості, які не помітять камери марсоходаHelicopter Could be 'Scout' for Mars Rovers NASA News January 22, 2015 . Очікується, що такі дрони зможуть забезпечити втричі більшу безпечну прохідність за один марсіанський деньReview on space robotics: Toward top-level science through space exploration (PDF). Y Gao, S Chien — Science Robotics, 2017. Ця демонстраційна технологія може стати базою для побудови більш функціонального літального апарата для дослідження Марса, а також інших небесних тіл з атмосфери . Наступне покоління вертольотів може бути масою в межах 5—15 кг з науковим навантаженням масою 0,5—1,5 кг. Такий апарат може мати прямий зв'язок з орбітальним апаратом, а також може працювати окремо від наземного апарата . Майбутні дрони можуть бути використані для дослідження особливих місцевостей з льодом у ґрунті, в яких можуть бути виявлені ознаки минулого життя. Марсіанські дрони можуть також збирати зразки та транспортувати їх до транспортного засобу для відправки їх на Землю.

Дрон використовуватиме співвісні гвинти діаметром 1,1 м. Його корисне навантаження складатиметься з камери з високою роздільною здатністю для навігації, приземлення і вивчення поверхні, а також системи комунікації з марсоходом. Попри те що це літальний апарат, він сконструйований як космічний апарат і здатний витримати перевантаження під час запуску. Апарат має захищені від впливу радіації системи, здатні працювати у жорстокому навколишньому середовищі Марса. Через слабкість і нестійкість магнітного поля Марса використання компаса для навігації неможливо, тому в систему навігації апарата буде вбудована камера із сонячним трекером. Також можливе використання гіроскопа, візуального одометра, інклінометра, альтиметра та інших датчиків. Для підзарядки дрона використовуватимуться сонячні батареї — шість літій-іонних батарей Sony ємністю 2 А·год. Дрон використовує процесор Qualcomm Snapdragon та операційну систему Linux, у якій також реалізовано візуальну навігацію за допомогою оцінки швидкості, отриманої від функцій, відстежених за допомогою камери. Процесор з'єднаний із двома контролерами польоту для виконання необхідних польотних функцій. Зв'язок із ровером здійснюється за допомогою радіозв'язку за стандартом ZigBee і реалізується через 900-мегагерцові чипсети SiFlex 02, встановлені на ровері та на дроні. Система зв'язку підтримує швидкість обміну даними 250 кб/с на відстані до 1 км. Дрон під час польоту до Марса буде закріплений на днищі марсохода і буде від'єднаний на поверхні у проміжку між 60 та 90 солами після приземлення. Після цього ровер віддалиться від дрона приблизно на 100 м для здійснення тестового польоту останнього.

Розробка

Лабораторія реактивного руху НАСА та Каліфорнійський технологічний інститут вивчали можливість відправки роботизованого дослідника разом із марсоходом, опублікувавши концепт вертольота у 2014 році. J. Balaram and P. T. Tokumaru, «Rotorcrafts for Mars Exploration», in 11th International Planetary Probe Workshop, 2014. У середині 2016 року було запитано фінансування у розмірі 15 млн дол. для підтримки розробки дрона. У грудні 2017 року інженерні моделі були протестовані у штучній марсіанській атмосфері. Моделі повинні були бути протестовані в Арктиці, проте не була підтверджена подальша розробка, а також фінансування. У березні 2018 року було надано фінансування у розмірі 23 млн дол. для подальшої розробки дронаNASA Mars exploration efforts turn to operating existing missions and planning sample return. Jeff Foust, Space News. February 23, 2018NASA to decide soon whether flying drone will launch with Mars 2020 rover . Stephen Clarke, Spaceflight Now. March 15, 2018. 11 травня 2018 року було анонсовано, що дрон може бути завершений та протестований для запуску разом із місією «Марс 2020»Mars Helicopter to Fly on NASA's Next Red Planet Rover Mission . Karen Northon, NASA News. May 11, 2018 . Дрон успішно пройшов польотні випробування, тест навколишнього середовища та був встановлений на днище ровера у серпні 2019 року NASA's Mars Helicopter Attached to Mars 2020 Rover . NASA News — JPL. August 28, 2019 . Його маса до 1,8 кг, а конструкція розрахована на здійснення щонайменше 5 польотівYes, NASA Is Actually Sending a Helicopter to Mars: Here's What It Will Do. Sarah Lewin, Space. May 12, 2018. Назву дрону дала Ваніза Рупані (Vaneeza Rupani), школярка з 11 класу з Нортпорта (Алабама), яка взяла участь у конкурсі НАСА «Назви ровер» .

Участь в місії на Марсі

2021 рік 19 квітня 2021 року вертоліт Ingenuity здійснив свій перший випробувальний політ на Марсі.

2022 рік 8 лютого 2022 року вертоліт Ingenuity здійснив 100-секундний політ на Марсі, який став першим польотом у 2022 році та 19-м польотом на Марсі загалом. За повідомленням пресслужби Лабораторії реактивного руху (JPL) у Південній Каліфорнії (США), політ був запланований на 5 січня, однак у перші дні нового року біля кратера Єзеро піднялася сильна пилова буря, тому команда НАСА вирішила відкласти політ, доки буря не стихне. Це зробило Ingenuity першим апаратом, політ якого було затримано через погані погодні умови на іншій планетіПовідомлення NASA JPL від 8.02.2022, 8:30 PMРозправив плечі. Вертоліт Ingenuity здійснив 19 політ на Марсі після сильної бурі. // Автор: Антон Ходоренко. 09.02.2022, 13:42.

8 квітня 2022 року, згідно з даними бортового журналу місії, Ingenuity встановив рекорд, подолавши відстань 704 мГелікоптер Ingenuity оновив рекорд найдовшого польоту на Марсі. 22.12.2023, 11:49.

2023 рік 22 лютого 2023 року, під час свого 45-го польоту, Ingenuity подолав пів кілометра та йому вдалося сфотографувати захід Сонця на МарсіNASA's Ingenuity helicopter captures breathtaking shot of Martian sunset (photo). // By Josh Dinner published March 10, 2023.

13 квітня 2023 року Ingenuity здійснив свій 50-й політ на Марсі. Під час цього вильоту він досяг максимальної висоти 18 метрів, що є вищим, ніж будь-коли раніше, та подолав відстань 322 метри.

19 квітня 2023 року марсохід НАСА «Персеверанс» втратив свого роботизованого вертольота-розвідника Ingenuity, який здійснював свій 51-й політ та згідно з останніми повідомленнями не зміг приземлитися у визначеному місці, а зв'язок із ним було втраченоГелікоптер NASA Ingenuity зазнав невдачі на Марсі, втративши зв'язок з марсоходом Perseverance. 21.04.2023.

Проте, як стало відомо, 26 квітня 2023 року відбувся 52-й політ Ingenuity, який був внесений до офіційного журналу місії як успішний. Політ відбувся вдало, але диспетчери місії в Лабораторії реактивного руху (JPL) втратили зв'язок із вертольотом, коли він спускався до поверхні для посадки. Метою 52-го польоту на 363 метри та тривалістю 139 секунд полягала в тому, щоб змінити положення вертольота та зробити знімки марсіанської поверхні для наукової групи марсохода.

26 травня 2023 року головний інженер місії Ingenuity Тревіс Браун, який працює в Лабораторії реактивного руху (JPL), повідомив, що можливою причиною невизначеності щодо пробудження та виходу на зв'язок Ingenuity можуть бути скелясті оголення на поверхні Марса, яке створило «тінь зв'язку» між Ingenuity та його роботизованим партнером, марсоходом «Персеверанс», який передає команди до та від вертольота. Літо, яке незабаром повернеться до кратера Єзеро, за словами Брауна, може зберегти проблеми зі зв'язком, адже це пов'язано з тим, що на сонячних батареях Ingenuity є велика кількість марсіанського пилу, який, ймовірно, деякий час утримуватиме чоппер у його поточному «перехідному стані живлення». Браун доповнив:Це означає, що, на превеликий жаль команди, ми ще не закінчили грати в цю гру з високими ставками в хованки з грайливим маленьким вертольотомМарсіанський гелікоптер Ingenuity замовк на 6 днів у квітні. 01.06.2023..28 червня 2023 року, тобто через 63 дні після 52-го польоту, до команди Ingenuity в Лабораторії реактивного руху (JPL) надійшли дані, які показали, що з першим літальним апаратом в іншому світі все гаразд. Якщо інші перевірки здоров'я Ingenuity будуть такими ж райдужними, вертоліт зможе знову полетіти протягом кількох наступних тижнів. Метою наступного, 53-го польоту Ingenuity є тимчасовий посадковий аеродром на заході, з якого команда планує виконати ще один політ на захід до нової оперативної бази поряд із виходом скелі, у дослідженні якої зацікавлена команда «Персеверанс».