Iznajdljivček, ki še kar leti

K Nasinemu roverju Perseverance (v prevodu Vztrajnost), ki so ga proti Marsu izstrelili 30. julija 2020 in je na planetu – v kraterju Jezero – pristal 18. februarja 2021, so stisnili še malega letečega sopotnika – helikopter Ingenuity ali po slovensko Iznajdljivost. Perseverance mu je dovajal energijo in ga grel, 3. aprila 2021, ko je šestkolesnik pripeljal na ustrezno mesto brez večjih skal, ki bi lahko ogrožale propelerje, pa ga je spustil na tla in prepustil samemu sebi.

Razmere na Marsu so ekstremne, ponoči se temperature spustijo globoko pod ničlo, to je na minus 90 stopinj Celzija. Zaradi nizkih temperatur lahko popokajo nezaščitene električne žice, a malo plovilo očitno zelo uspešno kljubuje mrazu ter dobro zbira sončno energijo prek sončnih panelov in hrani baterijo.

Ko je rover Perseverance marca 2021 pripeljal na ustrezno mesto, je iz svoje notranjosti na površje položil letalnik Ingenuity. Foto Nasa/JPL-Caltech/AFP

Osnovni namen letalnika je bila tehnološka demonstracija, ali je mogoče leteti na planetu s tako tankim ozračjem. Devetnajstega aprila 2021 se je še ne dva kilograma težko plovilce za 39 sekund dvignilo tri metre visoko. V nadzornem centru je završalo od navdušenja, saj je bil to v zgodovini prvi nadzorovani polet motornega plovila na planetu, ki ni Zemlja.

Helikopter na Marsu je posnel lastno senco, ko je 19. aprila 2021 prvič nadzorovano poletel na drugem planetu. Foto Nasa/JPL-Caltech/AFP

Dobili so potrditev, da bi bila takšna plovila lahko uporabljena kot komplementarna za odprave z roverji. »Sto sedemnajst let po uspehu bratov Wright (ki sta prva opravila nadzorovan polet motornega letala na Zemlji) je Nasin helikopter Ingenuity to opravil na drugem planetu. Čeprav sta dogodka prostorsko med seboj oddaljena 278 milijonov kilometrov, bosta zavedno povezana. V spomin na inovativna izdelovalca koles iz Daytona smo točko poleta poimenovali polje bratov Wright. To je polje iznajdljivosti in inovacij, ki ženejo raziskovanje,« je pred dvema letoma poudaril zdaj že nekdanji Nasin znanstveni direktor Thomas Zurbuchen. Mali helikopter ima na sebi tudi delec tkanine s prvega motornega letala bratov Wright, tkanina je ovita okoli kabla pod solarnim panelom. Pred helikopterjem je prvi polet na našem planetu uspel sovjetskemu balonu Vega 1 leta 1985.

Sovjetska sonda na dvojni misiji

Inženirji so najprej predvidevali pet poletov v mesecu dni, saj komunikacija poteka prek večjega vozečega brata, zato so se bali, da bi ovirali doseganje osnovnih ciljev odprave, vendar so našli rešitve, da povsem dobro sodelujeta. Strokovnjaki lahko s posnetkov z višine odkrivajo morebitne pasti, kjer bi se kolesa veliko večjega in težjega vozila lahko zataknila.

Solarni paneli helikopterja in krak propelerja. Foto Foto Nasa/JPL-Caltech

Uspešnost odprave je tako velika, da se je Nasa že odločila, da bo v prihodnji odpravi na Mars, ko bodo v zapletenem sosledju pobirali tudi vzorce kamnin, ki jih zdaj nabira rover, na planet poslala kar dva podobna helikopterja. Medtem ko ima Ingenuity nogice, bo prihodnja generacija plovil imela kolesca, prav tako robotsko roko, ki bo lahko pobirala kapsule z vzorci. Plovila bodo lahko tudi težja, saj bodo opremljena z znanstvenimi instrumenti z maso do pet kilogramov. Ingenuity z znanstvenimi instrumenti, razen z dvema kamerama – navigacijsko in barvno kamero za snemanje površja, ni opremljen. Navigacijska kamera Omnivision OV7251, ki gleda navzdol, je nujna, saj se računalnik na krovu prilagaja temu, kar vidi. Ko pa je en meter nad tlemi, se samodejno ugasne, saj bi jo lahko dosegel prah in popačene fotografije bi lahko zmedle računalnik. Ta se v tem času osredotoča na podatke navigacijskega sistema, ki se orientira na značilnosti na površju. Barvno kamero Sony IMX 214 pa lahko brez škode tudi ugasnejo, vendar so za znanstvenike slike še kako pomembne, saj površje vidijo z nove perspektive.

Zaradi takšnih posnetkov je Ingenuity za znanstvenike zelo dragocen: 19. aprila lani je namreč z višine osmih metrov posnel ščit kapsule, v kateri je bil rover, in padalo. Posnetek so si želeli inženirji, ki že pripravljajo prihodnjo odpravo na Mars, da dobijo nov vpogled, kako delujejo pristajalni sistemi. Foto Nasa/JPL-Caltech

Medtem ko so za prve polete, ki so bili bolj ali manj le vertikalni, izbrali raven teren brez večjih skal, je v nadaljevanju odprave helikopter naletel tudi na bolj raznolik teren. Prav zato so računalnik nadgradili s programsko opremo za izogibanje oviram in uporabo zemljevidov. Med poletom lahko plovilo samo identificira najvarnejši kraj za pristanek.

Preletel več kot 11 kilometrov

Malček tako še danes preletava površje Marsa. Vpisal je že 49 poletov, njegov letalski dnevnik je impresiven. Medtem ko se je v prvem poletu dvignil za tri metre, se je v naslednjih za pet, nato osem, deset in celo dvanajst. Ko je poletel 49., pa je znova presegel samega sebe, saj se je od tal dvignil za kar 16 metrov. V tem poletu je tudi dosegel hitrostni rekord, saj je letel s hitrostjo 6,5 metra na sekundo ali 23,4 kilometra na uro. V zraku je mali helikopterček lahko tudi več kot dve minuti in v tem času preleti več sto metrov. Skupna statistika pravi, da je v 49. poletih vpisal 86,7 minute letenja in preletel 11,2 kilometra nad kraterjem Jezero.

Poti roverja (bela črta) in helikopterja. Foto Nasa/JPL-Caltech

Takšne zmage, kot so letalniku uspele v 49. poletu, laboratoriju JPL omogočajo, da izpopolni svoje ideje, je v posnetku, objavljenem na spletni strani JPL, poudaril vodja projekta Teddy Tzanetos. »Cilj je, da bodo helikopterji rezerva za prenos vzorcev na Zemljo,« je povedal. Rover Perseverance že zdaj zbira vzorce, prihodnji pristajalnik, ki ga bodo izstrelili do konca desetletja, jih bo pobral in na mini raketi dostavil povratni kapsuli. Dodal je, da razvijajo tudi heksakopter, to je letalnik s šestimi rotorji, s katerim bi lahko leteli nad za vozila nedosegljivimi območji na Marsu.

Pri Nasinem JPL so že pred dnevi napovedali 50. polet helikopterja, a za zdaj še niso potrdili, da je poletel. So pa takrat pojasnili, da bo letel čez greben, zato bo komunikacija z roverjem motena.

Lahek, a vzdržljiv

Helikopter je bil za inženirje Nasinega laboratorija za reaktivni pogon JPL velik tehnološki izziv, saj je moral biti dovolj majhen, da so ga spravili v rover, dovolj lahek, da je zmogel poleteti v izjemno tanki atmosferi, a hkrati dovolj vzdržljiv, da prenaša negostoljubno okolje. Ker signali med Zemljo in Marsom potujejo od pet do 20 minut, je helikopter tudi avtonomen, ko mu iz nadzornega centra pošljejo komande, vzleti, leti in pristaja povsem samostojno.

Ilustracija idejnih projektov: v ospredju vozeči helikopter za pobiranje vzorcev, desno zgoraj je ilustracija Ingenuityja, bolj oddaljen pa je heksakopter. Foto Nasa/JPL-Caltech

Gravitacija na Marsu je približno tretjina zemeljske, tudi zračni tlak je na površini zelo nizek (manj kot en odstotek zemeljskega). Atmosfera je sestavljena iz 95 odstotkov ogljikovega dioksida. Tako so iz karbonskih vlaken in pene izdelali lahka propelerja, dolga po 1,2 metra, ki se vrtita zelo hitro, in sicer med 2400 in 2900 rotacijami na minuto, kar je desetkrat več, kot bi bilo potrebno na Zemlji. Litij-ionske baterije se polnijo prek 42 x 17 centimetrov velikih solarnih panelov. Zaradi sezonskih sprememb, ko je v zraku več prahu in ta zastira sončno svetlobo, je baterija že skoraj odpovedala, in sicer na začetku maja lani se helikopterček ni odzval na redno komunikacijo z roverjem, vendar jim je uspelo napako odpraviti in znova zagnati prepotrebne grelnike. Junija lani je prenehal delovati senzor, s katerim je helikopter določal svojo orientacijo ob začetku poleta, s posodobitvijo programske opreme so drug instrument usposobili za opravljanje enake naloge.

Nasa je za razvoj in izdelavo helikopterja porabila približno 73 milijonov evrov, okoli 4,6 milijona evrov so do zdaj porabili za njegovo upravljanje na Marsu. Ime za helikopter so izbrali na javnem natečaju za šole.