NASA’s Ingenuity-helikopter schreef geschiedenis door op Mars te vliegen

Noot van de redacteur: dit verhaal wordt periodiek bijgewerkt.

Er is net een helikopter op Mars gevlogen. NASA’s Ingenuity zweefde ongeveer 40 seconden boven het oppervlak van de Rode Planeet en markeerde de eerste vlucht van een ruimtevaartuig op een andere planeet.

In de vroege uurtjes van 19 april draaide de helikopter zijn koolstofvezelrotorbladen rond en verhief zichzelf in de ijle lucht van Mars. Hij rees ongeveer drie meter boven de grond, draaide zich om om naar NASA’s Perseverance-rover te kijken, nam een ​​foto en ging weer op de grond liggen.

“Kippenvel. Het ziet er precies zo uit zoals we het in onze testkamers hebben getest, ”zei projectmanager MiMi Aung van Ingenuity in een nieuwsbriefing na de vlucht. “Absoluut prachtige vlucht. Ik denk niet dat ik ooit kan stoppen met ernaar te kijken, keer op keer. “

Toen omstreeks 06:35 uur EDT gegevens van de vlucht binnenkwamen in de missiecontrolekamer van Ingenuity in het Jet Propulsion Lab van NASA in Pasadena, Californië, viel er een stilte. En toen barstte er gejuich los toen Håvard Grip, de leidinggevende, navigatie- en controleleider van Ingenuity, aankondigde: “Bevestigd dat Ingenuity zijn eerste vlucht heeft uitgevoerd, de eerste vlucht van een aangedreven vliegtuig op een andere planeet.”

“Het is geweldig, briljant. Iedereen is super opgewonden, ”zei werktuigbouwkundig ingenieur en teamlid Taryn Bailey. “Ik zou zeggen dat het een succes is.”

De vlucht, oorspronkelijk gepland voor 11 april, werd uitgesteld om de software van de helikopter bij te werken nadat een test van de rotorbladen problemen had laten zien bij het overschakelen van preflight naar vliegmodus. Na de herstart suggereerde een snelle spintest op 16 april dat de verschuiving waarschijnlijk zou werken, wat de weg vrijmaakte voor de vlucht van 19 april.

‘Ik laat je nooit volledig vieren. Elke keer dat we een belangrijke mijlpaal bereiken, denk ik: nog niet, nog niet ”, vertelde Aung het team vlak nadat de vlucht was bevestigd. Dit is het moment om te vieren, zei ze. “Neem dat moment en daarna gaan we weer aan het werk en meer vluchten. Gefeliciteerd.”

Deze allereerste vlucht was een test van de technologie; Vindingrijkheid zal geen wetenschap doen tijdens zijn missie, die naar verwachting 30 Marsdagen zal duren vanaf het moment dat hij zich van de rover scheidde, het equivalent van 31 dagen op aarde. Maar het succes ervan bewijst dat gemotoriseerde vluchten mogelijk zijn in de dunne atmosfeer van Mars. Toekomstige luchtvoertuigen op Mars kunnen rovers of menselijke astronauten helpen veilige paden te verkennen door onbekende landschappen, of lastig terrein te bereiken dat een rover niet kan doorkruisen.

“Technologiedemonstraties zijn echt belangrijk voor ons allemaal”, zegt Thomas Zurbuchen, associate administrator van NASA’s Science Mission Directorate. “Het kost een stuk gereedschap dat we niet hebben kunnen gebruiken en stop het in de doos met gereedschap dat we beschikbaar hebben voor al onze missies op Mars.”

De vlucht van Ingenuity was het hoogtepunt van meer dan zeven jaar bedenken, bouwen, testen en hopen voor het vluchtteam.

“Dat is waar het bouwen van first-of-a-kind systemen en vliegexperimenten allemaal om draait: ontwerpen, testen, leren van het ontwerp, het ontwerp aanpassen, testen, herhalen tot succes”, zei Aung in een nieuwsbriefing op 9 april.

Aung en haar team zijn in 2014 begonnen met het testen van vroege prototypes van een Mars-helikopter in een 7,62 meter brede testkamer bij JPL. Het was niet vanzelfsprekend dat vliegen op Mars zelfs maar mogelijk zou zijn, zei Aung. “Het is om veel verschillende redenen een uitdaging.”

Hoewel de zwaartekracht van Mars slechts ongeveer een derde van die van de aarde bedraagt, is de dichtheid van de lucht ongeveer 1 procent van die op zeeniveau op aarde. Het is moeilijk voor de bladen van de helikopter om hard genoeg tegen die ijle lucht te duwen om van de grond te komen.

Een andere manier om erover na te denken is dat de lucht op Mars dunner is dan op drie keer de hoogte van de Mount Everest, zei ingenieur Amelia Quon van JPL in de nieuwsbriefing. “We vliegen over het algemeen niet zo hoog,” zei Quon. “Er waren mensen die twijfelden of we genoeg lift konden genereren om in die ijle Marsatmosfeer te vliegen.”

Dus hebben Quon en haar team de helikopter in de loop van vijf jaar aan een reeks tests onderworpen. “Mijn taak … was om Mars op aarde te maken, en genoeg om er daadwerkelijk met onze helikopter in te vliegen,” zei Quon. De Mars-simulatiekamer zou kunnen worden ontdaan van aardse lucht en vol koolstofdioxide kunnen worden gepompt in Mars-achtige dichtheden. Sommige versies van de helikopter hingen aan het plafond om de lagere zwaartekracht van Mars te simuleren. En windsnelheden tot 30 meter per seconde werden gesimuleerd door een bank van ongeveer 900 computerventilatoren die op de helikopter bliezen.

De uiteindelijke versie van Ingenuity is licht, ongeveer 1,8 kilogram. De bladen zijn langer (ongeveer 1,2 meter spanwijdte) en draaien sneller (ongeveer 2400 omwentelingen per minuut) dan een vergelijkbaar voertuig nodig zou hebben om op aarde te kunnen vliegen. Tegen de tijd dat de helikopter in juli 2020 met de Perseverance-rover naar Mars zou liften, waren de ingenieurs ervan overtuigd dat de helikopter kon vliegen en de controle zou houden op Mars (SN: 30-7-20​

Doorzettingsvermogen landde op 18 februari in een regio genaamd Jezero-krater (SN: 22/02/21​ De helikopter werd tot 21 maart opgevouwen onder de buik van Perseverance onder een beschermend schild.

In de daaropvolgende weken reed Perseverance rond om een ​​vlakke plek te vinden waar Ingenuity kon lanceren. Toen ontvouwde Ingenuity zich langzaam en werd uiteindelijk zachtjes op de grond neergelaten onder Doorzettingsvermogen op 3 april. De rover reed snel weg om Ingenuity uit zijn schaduw te halen en de helikopter zijn batterijen op te laten laden met zijn zonnepaneel, waardoor hij genoeg kracht had om te overleven de ijskoude Marsnacht.

Op 8 en 9 april ontvouwde Ingenuity zijn rotorbladen en testte hun vermogen om te draaien als voorbereiding om de lucht in te gaan. Na het oplossen van problemen met het softwareprobleem en het opnieuw testen van de rotorbladen op 16 april, kreeg de vlucht groen licht voor 19 april. Het was gepland om ongeveer 3.30 uur Eastern Daylight Time op 19 april, wat overeenkomt met 12.30 uur Mars-tijd , in de vroege namiddag. Dat gaf het zonnepaneel van het vaartuig voldoende tijd om de batterijen op te laden voor de vlucht. Het was ook een tijd waarin de weersensoren van Perseverance, MEDA genaamd, suggereerden dat de gemiddelde windsnelheid ongeveer zes meter per seconde zou zijn.

Vindingrijkheid moest zichzelf door de vlucht loodsen. Dat komt deels door de communicatievertraging – Mars is ver genoeg van de aarde verwijderd dat lichtsignalen ongeveer 15 minuten nodig hebben om tussen de twee planeten te reizen. Maar het komt ook doordat de ijle lucht van Mars de helikopter moeilijk te besturen maakt. “De dingen gebeuren te snel voor een menselijke piloot om erop te reageren”, zei Quon.

Doorzettingsvermogen filmde de vlucht vanaf ongeveer 65 meter afstand, op een plek genaamd Van Zyl Overlook. Ingenuity filmde de vlucht ook vanuit haar eigen perspectief, met twee sets camera’s: de naar beneden gerichte navigatiecamera’s die het zicht eronder in zwart-wit vastlegden en de kleurencamera’s die de horizon aftasten.

Nu deze eerste vlucht goed is verlopen, hoopt het team in de loop van de missie van Ingenuity nog vier vluchten te maken, die mogelijk al op 22 april beginnen. Elke vlucht zal een beetje gewaagder en riskanter zijn, zei Aung. “We gaan voortdurend helemaal tot het uiterste van dit draagschroefvliegtuig gaan.” En elk zal een nagelbijter zijn: slechts één slechte landing kan de dingen onmiddellijk beëindigen. Vindingrijkheid heeft geen manier om zichzelf te herstellen na een val.

Dat is misschien de manier waarop de missie eindigt, gaf Aung toe in de nieuwsbriefing van 19 april. “Uiteindelijk verwachten we dat de helikopter zijn limiet zal halen”, zei ze. Zelfs als het uiteindelijk wegvalt bij een crash, zal het technische team waardevolle informatie leren over hoe de helikopter uiteindelijk faalt.

Aan het einde van de missie van Ingenuity zal Perseverance wegrijden, de kleine helikopter die dat zou kunnen achterlaten, en zijn eigen missie voortzetten: zoeken naar tekenen van vorig leven in de Jezero-krater en stenen opslaan voor een toekomstige missie om terug te keren naar de aarde.