Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA niedawno ogłosiło, że opracowuje mały helikopter dronowy, który będzie poszukiwał przyszłych łazików marsjańskich. Dlaczego łaziki marsjańskie potrzebują tak zrobotyzowanego przewodnika? Odpowiedź jest taka, że jazda na Marsie jest naprawdę trudna.
Tutaj, na Ziemi, roboty badające wulkaniczne felgi lub pomagające ratownikom mogą być sterowane pilotem za pomocą joysticka. Wynika to z faktu, że sygnały radiowe docierają do robota niemal natychmiast z centrum sterowania. Jazda na Księżycu nie jest trudniejsza. Sygnały radiowe podróżujące z prędkością światła zajmują około dwóch i pół sekundy, aby odbyć podróż w obie strony na Księżyc iz powrotem. To opóźnienie nie jest wystarczająco długie, aby poważnie zakłócać prowadzenie pojazdu na odległość. W latach siedemdziesiątych radzieccy kontrolerzy w ten sposób prowadzili łaziki księżycowe Lunokhod, skutecznie badając ponad 40 km księżycowego terenu.
Jazda na Marsie jest znacznie trudniejsza, ponieważ jest o wiele dalej. W zależności od położenia względem Ziemi sygnały mogą zająć od 8 do 42 minut w obie strony. Zaprogramowane instrukcje należy wysłać do łazika, który następnie wykonuje samodzielnie. Każda jazda na Marsie wymaga wielu godzin starannego planowania. Zdjęcia stereo wykonane przez kamery nawigacyjne łazika są dokładnie analizowane przez inżynierów. Obrazy z statku kosmicznego krążącego wokół Marsa czasami dostarczają dodatkowych informacji.
Łazik można zaprogramować tak, aby po prostu wykonywał listę poleceń jazdy wysyłanych z Ziemi, lub może wykorzystywać zdjęcia zrobione kamerami nawigacyjnymi i przetworzone przez komputery pokładowe do samodzielnego pomiaru prędkości i wykrywania przeszkód lub zagrożeń. Może nawet wykreślić własną bezpieczną ścieżkę do określonego celu. Napędy oparte na instrukcjach z ziemi są najszybsze.
W ten sposób duch i okazja łazików eksploracyjnych Marsa mogłyby podjechać do 124 metrów w godzinę. Odpowiada to mniej więcej długości boiska do futbolu amerykańskiego. Ale ten tryb był również najmniej bezpieczny.
Gdy łazik aktywnie prowadzi się swoimi kamerami, postęp jest bezpieczniejszy, ale znacznie wolniejszy z powodu całego niezbędnego przetwarzania obrazu. Może poruszać się z prędkością zaledwie 10 metrów na godzinę, co stanowi odległość od linii bramkowej do linii 10 jardów na boisku futbolowym. Tę metodę należy stosować zawsze, gdy łazik nie ma wyraźnego widoku trasy, co często zdarza się z powodu nierównego i pagórkowatego terenu.
Na początku 2015 r. Największa ciekawość, jaką przejechał w ciągu jednego dnia, wynosi 144 metry. Najdłuższa dzienna jazda samochodem okazjonalnym wynosiła 224 metry, czyli odległość dwóch boisk do futbolu amerykańskiego.
Jeśli kontrolery naziemne mogłyby uzyskać lepszy widok na ścieżkę przed nimi, mogłyby opracować instrukcje pozwalające przyszłemu łazikowi na bezpieczną jazdę znacznie dalej w ciągu dnia.
W tym momencie pojawia się pomysł helikoptera dronowego. Helikopter mógłby latać przed łazikiem każdego dnia. Obrazy wykonane z powietrznego punktu obserwacyjnego byłyby nieocenione dla kontrolerów naziemnych w celu identyfikacji punktów o znaczeniu naukowym i planowania tras dojazdu, aby się tam dostać.
Latanie helikopterem na Marsie stanowi szczególne wyzwanie. Jedną z zalet jest to, że grawitacja marsjańska jest tylko o 38% tak silna jak Ziemia, więc helikopter nie musiałby generować tak dużej siły nośnej, jak jedna masa tej samej masy na Ziemi. Łopaty śmigła śmigłowca generują siłę nośną, popychając powietrze w dół. Jest to trudniejsze na Marsie niż na Ziemi, ponieważ marsjańska atmosfera jest sto razy cieńsza. Aby wyprzeć wystarczającą ilość powietrza, łopaty śmigła musiałyby obracać się bardzo szybko lub być bardzo duże.
Śmigłowiec musi być zdolny do samodzielnego latania, zgodnie z wcześniejszymi instrukcjami, utrzymując stabilny lot na wcześniej określonej trasie. Musi lądować i startować wielokrotnie w skalistym terenie marsjańskim. Wreszcie musi być w stanie przetrwać trudne warunki Marsa, w których temperatura spada co noc do 100 stopni Fahrenheita.
Inżynierowie JPL zaprojektowali helikopter o masie 1 kilograma; niewielki ułamek 900 kg masy łazika Curiosity. Łopaty śmigła rozciągają się na 1,1 metra od czubka ostrza do ostrza i są w stanie obracać się z prędkością 3400 obrotów na minutę. Ciało jest wielkości pudełka na chusteczki.
Helikopter jest zasilany energią słoneczną, a tarcza ogniw słonecznych zbiera wystarczającą moc każdego dnia, aby zasilić lot trwający od dwóch do trzech minut i ogrzać pojazd w nocy. Może w tym czasie przelecieć około pół kilometra, zbierając obrazy do transmisji do kontroli naziemnej. Inżynierowie oczekują, że rekonesans, który gromadzi śmigłowiec dronów, będzie nieoceniony w planowaniu jazdy łazika, potrojeniu odległości, którą można pokonać w ciągu jednego dnia.
Referencje i dalsza lektura:
Podziękowania dla Marka Maimone z NASA Jet Propulsion Laboratory za informacje o codziennych odległościach jazdy ciekawości i możliwości.
J.J. Biesiadecki, P. C. Leger i M.W. Maimone (2007), „kompromisy między ukierunkowaną i autonomiczną jazdą na łazikach eksploracyjnych Marsa”, The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, Opportunity Mars łazik wędruje ponad 41 kilometrów w kierunku „Marathon Valley”, Space Magazine, grudzień 2014.
T. Reyes, niesamowita podróż, łazik Mars Curiosity dociera do podstawy Mount Sharp. Space Magazine, wrzesień 2014 r.
Helikopter może być „zwiadem” łazików marsjańskich. Komunikat prasowy NASA Jet Propulsion Laboratory. 22 stycznia 2015 r.
Crazy Engineering: helikopter Mars. Film z NASA Jet Propulsion Laboratory.
Curiosity- Mars Science Laboratory, NASA.
Plany łazików Mars-Future. NASA
