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Ingenio (helicóptero)

Ingenuity , apodado Ginny , es un helicóptero autónomo de la NASA que operó en Marte de 2021 a 2024 como parte de la misión Mars 2020 . El helicóptero llegó al planeta adherido a la parte inferior del rover Perseverance , que aterrizó el 18 de febrero de 2021. [5] [6] Ingenuity realizó su primer vuelo el 19 de abril de 2021, el primer vuelo extraterrestre controlado y propulsado por cualquier avión. [7] [8] [9] [10] [11] Originalmente pensado para realizar cinco vuelos, el helicóptero superó con creces las expectativas y realizó un total de 72 vuelos durante un período de aproximadamente 3 años hasta que los cuatro rotores sufrieron daños sostenidos en enero. 2024 obligó a poner fin a la misión. [4] [12] [13]

El rover Perseverance , que transportaba Ingenuity , aterrizó en Octavia E. Butler Landing, cerca del borde occidental del cráter Jezero de 45 km (28 millas) de ancho . [14] [15] [16] Los vuelos de Ingenuity demostraron que el vuelo es posible en la atmósfera extremadamente delgada de Marte , que es solo un 0,6% más densa que el aire de la Tierra. Debido a que las ondas de radio tardan entre 5 y 20 minutos en viajar entre la Tierra y Marte (dependiendo de las posiciones de los planetas), Ingenuity no se puede controlar directamente. [17] En cambio, Ingenuity realizó de forma autónoma maniobras planificadas, escritas y transmitidas por sus operadores en el Laboratorio de Propulsión a Chorro .

El helicóptero estaba destinado a realizar una demostración de tecnología de 30 soles , realizando cinco vuelos a altitudes que oscilaban entre 3 y 5 m (10 a 16 pies) durante hasta 90 segundos cada uno. [1] [18] Después de una breve fase de demostración para demostrar su aeronavegabilidad , el JPL comenzó una serie de vuelos diseñados para mostrar cómo la exploración aérea podría ayudar a la exploración de Marte y otros mundos. [19] [20] En esta función operativa, Ingenuity exploró áreas de interés para el rover Perseverance . [21] [22] [1] [23] El rendimiento y la resistencia del helicóptero en el duro entorno marciano superaron con creces las expectativas. El avión superó las especificaciones requeridas de altitud y duración de vuelo poco después de comenzar sus operaciones en Marte. Esto permitió al Ingenuity realizar muchos más vuelos de los que inicialmente se esperaban del avión. [24] El 18 de enero de 2024, el helicóptero sufrió daños al aterrizar durante su vuelo número 72 , [25] y la NASA anunció su retiro. [4] [26] El ingenio había volado durante un total de dos horas, ocho minutos y 48 segundos en 1.004 días, cubriendo más de 17 kilómetros (11 millas). [27]

Ingenuity fue diseñado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en colaboración con AeroVironment , el Centro de Investigación Ames de la NASA y el Centro de Investigación Langley . [28] Los contribuyentes de componentes clave incluyeron Lockheed Martin Space , Qualcomm y SolAero. [29]

Desarrollo

Concepto

Prototipo de helicóptero para Marte, que voló por primera vez en una cámara de presión que simula la atmósfera marciana el 31 de mayo de 2016.

El desarrollo del proyecto que eventualmente se convertiría en Ingenuity comenzó en 2012 cuando el director del JPL, Charles Elachi, realizó una gira y se reunió con miembros de la División de Sistemas Autónomos del JPL. La idea del proyecto se basó en un trabajo conceptual previo en la división. En enero de 2015, la NASA acordó financiar el desarrollo de un modelo de tamaño completo, que llegó a ser conocido como el vehículo de "reducción de riesgos". [30] El JPL de la NASA y AeroVironment publicaron el diseño conceptual en 2014 para que un helicóptero explorador acompañara a un rover. [28] [31] [32] A mediados de 2016, se solicitaban 15 millones de dólares para continuar con el desarrollo del helicóptero. [33] En diciembre de 2017, se habían probado modelos de ingeniería del vehículo en una atmósfera marciana simulada [23] [34] y los modelos se estaban probando en el Ártico , pero su inclusión en la misión aún no había sido aprobada ni financiada. [35]

Integración de la misión

En el momento de la aprobación del programa Mars 2020 en julio de 2014, [36] una demostración de vuelo en helicóptero no estaba ni prevista ni presupuestada. [37]

El presupuesto federal de los Estados Unidos , anunciado en marzo de 2018, proporcionó 23 millones de dólares para el helicóptero durante un año, [38] [39] y el 11 de mayo de 2018 se anunció que el helicóptero podría desarrollarse y probarse a tiempo para ser incluido. en la misión Marte 2020 . [40] El helicóptero se sometió a extensas pruebas ambientales y de dinámica de vuelo , [23] [41] y se montó en la parte inferior del rover Perseverance en agosto de 2019. [42] La NASA gastó alrededor de $ 80 millones para construir Ingenuity y alrededor de $ 5 millones para operar el helicóptero. [43]

En 2019, los diseños preliminares de Ingenuity se probaron en la Tierra en condiciones atmosféricas y de gravedad simuladas de Marte . Para las pruebas de vuelo , se utilizó una gran cámara de vacío para simular la muy baja presión de la atmósfera de Marte , llena de dióxido de carbono hasta aproximadamente el 0,60% (aproximadamente 1 ⁄ 160 ) de la presión atmosférica estándar al nivel del mar en la Tierra, que es aproximadamente equivalente. a un helicóptero que volaba a 34.000 m (112.000 pies) de altitud en la atmósfera de la Tierra . Para simular el campo gravitatorio de Marte, muy reducido (38% del de la Tierra), durante las pruebas de vuelo se compensó el 62% de la gravedad de la Tierra mediante una línea que tiraba hacia arriba. [44] Se utilizó un "muro de viento" que constaba de casi 900 ventiladores de computadora para proporcionar viento en la cámara. [45] [46] : 1:08:05–1:08:40 

En abril de 2020, el vehículo fue nombrado Ingenuity por Vaneeza Rupani, una niña de 11.º grado en la escuela secundaria del condado de Tuscaloosa en Northport, Alabama , quien presentó un ensayo en el concurso "Name the Rover" de la NASA. [47] [48] Conocido en las etapas de planificación como Mars Helicopter Scout, [49] o simplemente Mars Helicopter, [50] el apodo Ginny entró en uso más tarde en paralelo al rover padre Perseverance , al que se hacía referencia cariñosamente como Percy . [51] Su modelo de ingeniería a gran escala para pruebas en la Tierra se llamó Earth Copter y, extraoficialmente, Terry . [52]

El Ingenuity fue diseñado por el JPL para ser un demostrador de tecnología para evaluar si un vehículo de este tipo podría volar de forma segura. Antes de su construcción, lanzamiento y aterrizaje, los científicos y administradores expresaron su esperanza de que los helicópteros pudieran proporcionar mejores mapas y orientación que brindarían a los futuros controladores de la misión más información para ayudar con las rutas de viaje, la planificación y la prevención de peligros. [40] [53] [54] Basado en el desempeño de rovers anteriores hasta Curiosity , se supuso que dicha exploración aérea podría permitir a futuros rovers conducir con seguridad hasta tres veces más distancia por sol . [55] [56] Sin embargo, la nueva capacidad AutoNav de Perseverance redujo significativamente esta ventaja, permitiendo al rover cubrir más de 100 metros por sol. [57]

Equipo de desarrollo

Equipo de ingenio , 2018

El equipo de Ingenuity era comparativamente pequeño, nunca contaba con más de 65 empleados equivalentes a tiempo completo de JPL. Los trabajadores del programa de los centros de investigación AeroVironment, NASA AMES y Langley elevaron el total a 150. [30] El personal clave incluye:

El 15 de junio de 2021, el equipo detrás de Ingenuity fue nombrado ganador de 2021 del Premio John L. "Jack" Swigert Jr. a la Exploración Espacial de la Space Foundation. [80] El 5 de abril de 2022, la Asociación Nacional de Aeronáutica otorgó a Ingenuity y su grupo en JPL el Trofeo Collier 2021 . [81] [82]

Oposición

Varias personas se opusieron a la idea de incluir un helicóptero en la misión Mars 2020. Hasta finales de la década de 2010, varios líderes de la NASA, científicos y empleados del JPL se opusieron a la integración de un helicóptero en la misión. Durante tres años, el futuro Ingenuity se desarrolló al margen del proyecto Mars 2020 y de su presupuesto. [18] [83] Y aunque la dirección de la NASA aceptó garantías en la primavera de 2018 de que la adición de un helicóptero no perjudicaría los objetivos de la expedición, el científico jefe de Mars 2020, Kenneth Farley, declaró: "Personalmente me he opuesto a ello porque "Estamos trabajando muy duro para lograr eficiencias y pasar 30 días trabajando en una demostración de tecnología no promueve esos objetivos directamente desde el punto de vista científico". [84] Farley estaba convencido de que el helicóptero era una distracción de las tareas científicas prioritarias, inaceptable incluso por un corto tiempo. [84]

Comparación de la distancia total recorrida por Ingenio y Perseverancia [a]

El escepticismo por parte de los dirigentes de la NASA no era infundado. Los científicos, ingenieros y gerentes partieron de una comparación pragmática de los beneficios del reconocimiento aéreo adicional con los costos que inevitablemente recaen en el cronograma del rover para completar todas las tareas que se le asignan. Jennifer Trosper , discutiendo con MiMi Aung en el aire de una conferencia conjunta, advirtió que gracias a la navegación automática , el rover finalmente supera al helicóptero. Estos cálculos se confirmaron por primera vez en la primavera de 2022, cuando al comienzo del Sol 400 el helicóptero no tomó una posición de liderazgo en la trayectoria a lo largo de las laderas del delta, [ es necesaria una aclaración ] aunque recorrió una distancia varias veces menor que el rover. . Debido a la mayor pérdida de tiempo para recargar y transmitir telemetría, también fracasó el intento de llevar el helicóptero a la posición del trazador de ruta, [ es necesario aclarar ] durante el ascenso al delta. [85]

Al final de la "ventana de prueba", la NASA amplió el apoyo a Ingenuity por otros 30 soles, limitando la frecuencia de salidas a un vuelo cada pocas semanas. Más tarde, algunos de los altos directivos de la NASA aprovecharon la oportunidad para frenar su entusiasmo por el helicóptero marciano. Así, dirigiéndose directamente a todo el personal del proyecto Mars 2020, el director del programa de exploración de Marte, E. Janson, y el principal explorador de Marte, M. Meyer, instaron al personal a "ser muy disciplinados y concentrarse en la recogida de muestras". [86] Al mismo tiempo, en su informe al Comité Asesor Planetario (PAC) del 14 de junio de 2021, el helicóptero fue mencionado solo en tiempo pasado: "colocó Ingenuity y completó la fase de demostración de tecnología". [86]

A pesar de este pesimismo inicial, desde entonces Ingenuity ha demostrado ser más que capaz de seguir el ritmo de Perseverance, manteniéndose por delante del rover durante la mayor parte de la travesía por el delta de Jezero. [87] La ​​energía solar insuficiente durante el invierno marciano fue el principal factor del bajo rendimiento operativo en la segunda mitad de 2022. [88]

Diseño

Diseño mecanico

Los principales componentes del ingenio.

El ingenio consta de un fuselaje rectangular que mide 136 mm × 195 mm × 163 mm (5,4 x 7,7 x 6,4 pulgadas) suspendido debajo de un par de rotores coaxiales contrarrotativos que miden 1,21 m (4 pies) de diámetro. [1] [34] [50] Este conjunto está sostenido por cuatro patas de aterrizaje de 384 mm (15,1 pulgadas) cada una. [1] También lleva un panel solar montado sobre los rotores para recargar sus baterías. Todo el vehículo mide 0,49 m (1 pie 7 pulgadas) de altura. [1]

Conjunto de placa cíclica superior Ingenuity
A – Pala del rotor ; B – Enlace de tono ; C- servo ; D – Plato cíclico

La menor gravedad de Marte (aproximadamente un tercio de la de la Tierra) sólo compensa parcialmente la delgadez de la atmósfera de Marte , compuesta por un 95% de dióxido de carbono , [89] lo que hace mucho más difícil para un avión generar una sustentación adecuada . La densidad atmosférica del planeta es aproximadamente 1 ⁄ 100 de la de la Tierra al nivel del mar, o aproximadamente la misma que a 27.000 m (87.000 pies), una altitud nunca alcanzada por los helicópteros existentes. Esta densidad se reduce aún más en los inviernos marcianos. Para mantener Ingenuity en el aire, sus palas de forma especial y tamaño ampliado deben girar entre 2400 y 2900 rpm , o aproximadamente 10 veces más rápido de lo que se necesita en la Tierra. [34] [90] [91] Cada uno de los rotores coaxiales contrarrotativos del helicóptero está controlado por un plato cíclico separado que puede afectar tanto el paso colectivo como el cíclico . [92] Ingenuity también se construyó según las especificaciones de la nave espacial para resistir la aceleración y las vibraciones durante el lanzamiento y el aterrizaje en Marte sin sufrir daños. [91]

Aviónica

El ingenio se basa en diferentes paquetes de sensores agrupados en dos conjuntos. Todos los sensores son unidades comerciales disponibles en el mercado.

Diseño estructural de hardware interno de Ingenuity.

El conjunto de sensor superior, con elementos de aislamiento de vibraciones asociados, está montado en el mástil cerca del centro de masa del vehículo para minimizar los efectos de las tasas angulares y aceleraciones. Consiste en una unidad de medición inercial ( IMU ) Bosch BMI-160 de calidad para teléfono móvil y un inclinómetro ( Murata SCA100T-D02); El inclinómetro se utiliza para calibrar la IMU mientras está en tierra antes del vuelo. El conjunto de sensor inferior consta de un altímetro ( Garmin LIDAR Lite v3), cámaras y una IMU secundaria, todos montados directamente en el módulo electrónico principal (no en el mástil). [92]

La antena monopolo de la estación base está montada en un soporte en la parte trasera derecha del móvil.

Ingenuity utiliza un panel solar de 425 × 165 mm para recargar sus baterías , que son seis celdas de iones de litio Sony con 35 a 40 Wh (130 a 140 kJ) de capacidad energética [44] ( capacidad nominal de 2 Ah ). [23] La duración del vuelo no está limitada por la energía disponible de la batería, sino por la temperatura: durante el vuelo, los motores de propulsión se calientan 1 °C por segundo, y la delgada atmósfera marciana dificulta la disipación del calor. [93] El helicóptero utiliza un procesador Qualcomm Snapdragon 801 que ejecuta un sistema operativo Linux . [65] Entre otras funciones, controla el algoritmo de navegación visual a través de una estimación de velocidad derivada de las características del terreno rastreadas con la cámara de navegación. [94] El procesador Qualcomm está conectado a dos microcontroladores de control de vuelo (MCU) resistentes a la radiación para realizar las funciones de control necesarias. [23]

El sistema de telecomunicaciones consta de dos radios idénticas con antenas monopolo para el intercambio de datos entre el helicóptero y el rover. El enlace de radio utiliza protocolos de comunicación Zigbee de bajo consumo , implementados a través de conjuntos de chips SiFlex 02 de 914 MHz montados en ambos vehículos. El sistema de comunicación está diseñado para transmitir datos a 250  kbit/s en distancias de hasta 1000 m (3300 pies). [77] La ​​antena omnidireccional es parte del conjunto del panel solar del helicóptero y pesa 4 gramos. [95]

Cámaras y fotografía

Las dos camaras del Ingenuity , vistas desde debajo del avion

Ingenuity está equipado con dos cámaras comerciales disponibles (COTS): una cámara de regreso a la Tierra (RTE) de alta resolución y una cámara de navegación (NAV) de menor resolución. La cámara RTE consta de Sony IMX 214, una persiana enrollable , un sensor de color con resolución de 4208 × 3120 píxeles, equipado con una matriz de filtros de color Bayer y un módulo óptico de película O. La cámara NAV consta de un Omnivision OV7251, un sensor de obturador global en blanco y negro de 640 × 480, montado en un módulo óptico Sunny. [23]

A diferencia de Perseverance , Ingenuity no tiene una cámara estéreo especial para tomar fotografías gemelas en 3D simultáneamente. Sin embargo, el helicóptero puede tomar tales imágenes tomando fotografías en color duplicadas del mismo terreno mientras flota en posiciones ligeramente desplazadas, como en el vuelo 11, o tomando una fotografía desplazada en el tramo de regreso de un vuelo de ida y vuelta, como en el vuelo 12 . 96]

Combinacion de dos imagenes, una de la camara de navegacion de Ingenuity y una de la camara en color (RTE), tomadas mientras Ingenuity estaba en tierra

Si bien la cámara en color RTE no es necesaria para los vuelos (como en los vuelos 7 y 8 [75] ), la cámara NAV funciona continuamente durante cada vuelo, y las imágenes capturadas se utilizan para la odometría visual para determinar la posición y el movimiento de la aeronave durante el vuelo. Debido a las limitaciones en la velocidad de transmisión entre la aeronave, el rover y la Tierra, solo se puede guardar un número limitado de imágenes de cada vuelo. Las imágenes que se guardarán para su transmisión están definidas por el plan de vuelo antes de cada vuelo, y las imágenes restantes de la cámara NAV se descartan después de su uso. [ cita necesaria ]

A 16 de diciembre de 2021 se han publicado 2.091 imágenes en blanco y negro de la cámara de navegación [97] y 104 imágenes en color de la cámara de terreno (RTE) [98] .

software de vuelo

La capacidad de evitación de peligros de Ingenuity se prueba en la Tierra mediante el posprocesamiento de imágenes del vuelo 9

El helicóptero utiliza control autónomo durante sus vuelos, que son planificados y programados telerobóticamente por operadores del Jet Propulsion Laboratory (JPL). Se comunica con el rover Perseverance directamente antes y después de cada aterrizaje. [46] : 1:20:38–1:22:20 

El software de navegación y control de vuelo del Ingenuity se puede actualizar de forma remota, lo que se ha utilizado para corregir errores de software [104] [75] y agregar nuevas capacidades a medida que el helicóptero continúa operando más allá de su misión original. Antes del vuelo 34, el software se actualizó para evitar peligros durante el aterrizaje y corregir un error de navegación al viajar sobre terreno irregular. Esta actualización se hizo necesaria a medida que el helicóptero se alejó del terreno relativamente plano del lugar de aterrizaje original y se dirigió hacia un terreno más variado y peligroso. [105]

Especificaciones

Historia operativa

Misión principal

Ingenio colgando de la parte inferior del rover Perseverance durante su despliegue en la superficie marciana

Perseverance dejó caer el escudo de escombros que protegía a Ingenuity el 21 de marzo de 2021, y el helicóptero se desplegó desde la parte inferior del rover hasta la superficie marciana el 3 de abril de 2021. [108] Ese día se probaron ambas cámaras del helicóptero tomando su primera imagen negra. Fotografías en blanco y negro y en color del suelo del cráter Jezero a la sombra del rover. [109] [100] Después del despliegue, el rover se alejó aproximadamente 100 m (330 pies) del dron para permitir una zona de vuelo segura. [5] [6]

Las palas del rotor de Ingenuity se desbloquearon con éxito el 8 de abril de 2021 (misión sol 48) y el helicóptero realizó una prueba de giro del rotor a baja velocidad a 50 rpm. [110] [111] [112] [113] [114]

El 9 de abril se intentó realizar una prueba de giro a alta velocidad, pero fracasó debido a la expiración de un temporizador de vigilancia , una medida de software para proteger el helicóptero de un funcionamiento incorrecto en condiciones imprevistas. [115] El 12 de abril, JPL dijo que había identificado una solución de software para corregir el problema. [104] Sin embargo, para ahorrar tiempo, JPL decidió utilizar un procedimiento alternativo, que según los gerentes tenía un 85% de posibilidades de éxito y sería "el menos perjudicial" para el helicóptero. [58]

Ingenio en Marte (3 de agosto de 2023)

El 16 de abril de 2021, Ingenuity pasó con éxito la prueba de giro del rotor a 2400 rpm a máxima velocidad mientras permanecía en la superficie. [116] [117] Tres días después, el 19 de abril, el JPL voló el helicóptero por primera vez. El problema del temporizador de vigilancia volvió a ocurrir cuando se intentó el cuarto vuelo. El equipo reprogramó el vuelo, lo que tuvo éxito el 30 de abril. El 25 de junio, JPL dijo que había subido una actualización de software la semana anterior para solucionar permanentemente el problema del mecanismo de vigilancia, y que una prueba de giro del rotor y el octavo vuelo confirmaron que la actualización funcionaba. [75]

Cada vuelo se planificó para altitudes que oscilaban entre 3 y 5 m (10 a 16 pies) sobre el suelo, aunque Ingenuity pronto superó esa altura planificada. [1] El primer vuelo fue un vuelo estacionario a una altitud de 3 m (9,8 pies), que duró unos 40 segundos e incluyó la toma de una fotografía del rover. El primer vuelo fue un éxito y los vuelos posteriores fueron cada vez más ambiciosos a medida que se reducía el tiempo asignado para operar el helicóptero. JPL dijo que la misión podría incluso detenerse antes de que terminara el período de 30 días, en el caso probable de que el helicóptero se estrellara, [46] : 0:49:50–0:51:40  un resultado que no ocurrió. En hasta 90 segundos por vuelo, Ingenuity podía viajar hasta 50 m (160 pies) hacia abajo y luego regresar al área de inicio, aunque ese objetivo pronto también se superó con el cuarto vuelo. [1] [60]

Después de los tres primeros vuelos exitosos, el objetivo pasó de la demostración tecnológica a la demostración operativa. Ingenuity pasó por una fase de transición de dos vuelos, 4 y 5, antes de pasar a su fase de demostración de operaciones. [118] Para noviembre de 2023, las principales prioridades de la misión eran: [119]

Fase de demostración de operaciones

Justo antes del vuelo de demostración final, el 30 de abril de 2021, la NASA asignó fondos para continuar la operación de Ingenuity para una "fase de demostración operativa" para explorar el uso de un helicóptero como reconocimiento complementario para activos terrestres como Perseverance . [118] La financiación para Ingenuity se renovaba periódicamente mensualmente. [120]

A partir del sexto vuelo, el objetivo de la misión pasó a apoyar la misión científica del rover mediante el mapeo y la exploración del terreno. [121] Si bien Ingenuity haría más para ayudar a Perseverance , el rover prestaría menos atención al helicóptero y dejaría de tomar fotografías de él en vuelo. Los administradores del JPL dijeron que el procedimiento fotográfico tomó una cantidad de tiempo "enorme", lo que ralentizó la misión principal del proyecto de buscar signos de vida antigua. [122] El 30 de abril de 2021, el cuarto vuelo capturó con éxito numerosas fotografías en color y exploró la superficie con su cámara de navegación en blanco y negro. [60] El 7 de mayo, Ingenuity voló con éxito a un nuevo lugar de aterrizaje. [123]

Después de 12 vuelos hasta septiembre de 2021, la misión se extendió indefinidamente. [124] Después de 21 vuelos hasta marzo de 2022, la NASA dijo que continuaría volando Ingenuity hasta al menos el próximo septiembre. El área del próximo objetivo del helicóptero era más accidentada que el terreno relativamente plano sobre el que sobrevoló durante su primer año de operación. El antiguo delta del río en forma de abanico tiene acantilados irregulares, superficies en ángulo y rocas salientes. El ingenio ayudó al equipo de la misión a decidir qué ruta debería tomar Perseverance hasta la cima del delta y lo ayudó a analizar posibles objetivos científicos. Las actualizaciones de software eliminaron el límite de altitud de 50 pies del helicóptero, le permitieron cambiar la velocidad en vuelo y mejoraron su comprensión de la textura del terreno debajo de él. El administrador asociado de la NASA, Thomas Zurbuchen, dijo menos de un año antes que "ni siquiera sabíamos si era posible un vuelo controlado y propulsado de un avión en Marte". Dijo que la transformación en la comprensión de lo que puede hacer el avión es "una de las más históricas en los anales de la exploración aérea y espacial". [24]

El equipo de Ingenuity planeó volar el helicóptero cada dos o tres semanas durante su misión extendida indefinidamente. [124] La carrera de vuelo del helicóptero, más larga de lo esperado, duró hasta un cambio estacional en Marte, cuando la densidad atmosférica en su ubicación se volvió aún más baja. El equipo de vuelo se preparó ordenando a Ingenuity que probara en tierra una rotación más rápida de las palas del rotor, necesaria para una sustentación suficiente. JPL dijo que la mayor velocidad de vuelo planificada de 2700 rpm plantearía nuevos riesgos, incluyendo vibración, consumo de energía y resistencia aerodinámica si las puntas de las palas se acercan a la velocidad del sonido. [106] La velocidad de prueba fue de 2800 rpm, lo que da un margen de aumento si la velocidad de vuelo prevista de 2700 no es suficiente. El ingenio enfrentó otro desafío para seguir funcionando durante el invierno marciano y la conjunción solar , cuando Marte se mueve detrás del Sol, bloqueando las comunicaciones con la Tierra y obligando al rover y al helicóptero a detener sus operaciones. El cierre se produjo a mediados de octubre de 2021, y los preparativos comenzaron a mediados de septiembre. [118] [125] El helicóptero permaneció estacionario en su ubicación a 175 metros (575 pies) de distancia de Perseverance y comunicó su estado semanalmente al rover para controles de salud. [126] JPL tenía la intención de continuar volando Ingenuity ya que sobrevivió a la conjunción solar. [127] [128] El liderazgo de la NASA declaró que extender la misión aumentaría los gastos del proyecto, pero que creían que el costo valía la pena por la información obtenida. [129]

La hora de inicio del vuelo se elegía en función de la gestión de la temperatura de las baterías, que debían calentarse después de la noche. Durante el verano marciano, la menor densidad del aire impuso una mayor carga a los motores, por lo que los vuelos se cambiaron del mediodía ( LMST 12:30) a la mañana (LMST 9:30) y se limitaron a 130 segundos para no sobrecalentar los motores. [130]

El 3 y 4 de mayo de 2022, por primera vez en la misión, el helicóptero inesperadamente no pudo comunicarse con el rover, luego del vuelo número 28 el 29 de abril. [131] JPL determinó que las baterías recargables de Ingenuity sufrieron una caída de energía o Estado de carga de la batería (SOC) insuficiente durante la noche, probablemente debido a un aumento estacional del polvo atmosférico que reduce la luz solar en su panel solar y debido a las temperaturas más bajas a medida que se acerca el invierno. Cuando el estado de carga del paquete de baterías cayó por debajo de un límite inferior, la matriz de puerta programable en campo (FPGA) del helicóptero se apagó, reiniciando el reloj de la misión, que perdió la sincronización con la estación base del rover. El contacto se restableció el 5 de mayo. Los controladores decidieron apagar los calentadores del helicóptero por la noche para conservar energía, aceptando el riesgo de exponer los componentes al frío extremo de la noche. [132] Es probable que este déficit diario de estado de carga persista durante el invierno marciano (al menos hasta septiembre/octubre). [131]

En una actualización del 6 de junio de 2022, JPL informó que el sensor de inclinación del Ingenuity había dejado de funcionar. Su finalidad era determinar la orientación del helicóptero al inicio de cada vuelo. Los controladores de la misión desarrollaron una solución alternativa utilizando la unidad de medición inercial (IMU) de la nave para proporcionar datos equivalentes a la computadora de navegación a bordo. [133]

En enero de 2023, el helicóptero empezó a tener suficiente energía solar para evitar caídas de tensión nocturnas y reinicios de FPGA debido al inicio de la primavera marciana. [88] Esto significó que el helicóptero podía volar con más frecuencia y distancias más largas.

En marzo de 2023, el helicóptero realizó vuelos frecuentes para hacer frente al alcance de radio limitado en el terreno accidentado del delta del Jezero. En los estrechos cañones del delta del río, el helicóptero necesitaba mantenerse por delante del rover, en lugar de entrar en una zona de "exclusión" y pasarla, lo que el JPL consideraba potencialmente peligroso. [87]

Tres veces, los controladores de la misión perdieron contacto con Ingenuity después de un vuelo, cuando el helicóptero no estaba en la línea de visión de Perseverance , lo que impidió la comunicación por radio con el rover, que transmite datos de vuelo entre el helicóptero y la Tierra. Después del vuelo número 49 el 2 de abril de 2023, JPL perdió contacto con Ingenuity durante seis días, hasta que Perseverance condujo hasta un lugar donde se restableció la comunicación. [134] El JPL no tuvo contacto con el helicóptero durante 63 días después del vuelo 52 el 26 de abril de 2023. Los controladores de la misión habían sacado intencionalmente al Ingenuity del alcance de la radio, esperando recuperar la comunicación en unos días. Sin embargo, los controladores de Perseverance cambiaron sus planes de exploración y se alejaron más del alcance, y luego tuvieron dificultades para recolectar muestras de rocas, agregando otro retraso antes de finalmente dirigirse hacia el helicóptero y restablecer el contacto el 28 de junio. [135] [119] Comunicación con El ingenio se perdió nuevamente al final del desafortunado vuelo 72 el 18 de enero de 2024. El JPL recuperó el contacto el 20 de enero. [136] [137]

Fin de la misión

El helicóptero Ingenuity quedó en tierra permanentemente tras sufrir daños en las cuatro puntas de sus rotores en el vuelo 72. Se cree que los daños se deben a un error de navegación autónoma en la zona de las dunas. [138] [25] [4] [12] [139] El 25 de enero de 2024, el administrador de la NASA, Bill Nelson , anunció el final de la misión. [140] Está previsto que el equipo Ingenuity realice pruebas en los sistemas del helicóptero y descargue los datos restantes. [4]

Las palas del rotor dañadas, vuelo 72

Misiones de seguimiento y trabajos y concepciones futuras.

Actualmente no hay planes para enviar laboratorios científicos de clase Curiosity/Perseverance a Marte, y la financiación para proyectos marcianos está congelada al nivel necesario para completar la campaña de devolución de muestras de Marte . [143]

Helicóptero de regreso de muestra

Helicóptero de retorno de muestra, basado en Ingenuity

Se ha propuesto la idea de futuros helicópteros marcianos. En marzo de 2022, los ingenieros de AeroVironment, que anteriormente crearon Ingenuity , presentaron el concepto de un nuevo helicóptero con una carga útil de 280 g. Un pequeño brazo manipulador de 90 g con una pinza de dos dedos y un tren de aterrizaje autopropulsado permiten utilizar vehículos de este tipo en lugar de un vehículo de búsqueda [144] para seleccionar cajas de tubos de muestra con muestras recolectadas por Perseverance . [145] En una sesión informativa el 15 de septiembre de 2022, la directora de la División de Ciencias Planetarias de la NASA, Laurie Gleizes, confirmó su intención de utilizar dos de estos helicópteros. [146]

La elección de Ingenuity como prototipo para el par de helicópteros ensambladores previstos se basó en el impresionante margen de seguridad que le incorporaron los diseñadores de AeroVironment . En principio, incluso el límite de 100 apoyos para los amortiguadores de alto desgaste del chasis es suficiente para transferir los 43 casquillos. Este tipo de helicópteros pueden transportar múltiples cargas útiles pequeñas, desplegarlas y redistribuirlas en varios lugares para realizar una variedad de operaciones distribuidas y en red. [147]

La navegación inercial fue uno de los principales desafíos en Marte para el Ingenuity . El helicóptero debe demostrar la capacidad de seguir con precisión la ruta que ya ha "trazado" en conjuntos de marcos NAV previamente recopilados y aterrizar en el punto de despegue. En una futura misión de retorno de muestra, cada casquillo requeriría un par de vuelos que terminarían en el punto de salida. La precisión del aterrizaje fue una tarea asignada al vuelo número 31 de Ingenuity . [148] La muy fina atmósfera de Marte no permite repetir las maniobras y técnicas de aterrizaje de los helicópteros terrestres. [149] [32]

Helicóptero científico de Marte

Mars Science Helicopter, el sucesor propuesto de Ingenuity

Los datos recopilados por Ingenuity están destinados a respaldar el desarrollo de futuros helicópteros capaces de transportar cargas útiles más grandes. La tarea Mars Science Helicopter es el siguiente paso evolutivo para los helicópteros marcianos en el JPL. El objetivo clave es desarrollar la tecnología necesaria para desplegar cargas útiles científicas (0,5 kg – 2 kg) en plataformas de helicópteros en la superficie de Marte. MSH heredará muchas de las tecnologías creadas por el Mars Helicopter Technology Demonstrator (MHTD) con base en Mars 2020 y ampliará sus capacidades para permitir una nueva clase de acceso planetario de mesoescala a través de Marte. [150] [40] [23] [151]

Diseñar y demostrar cómo se pueden desplegar, recuperar, integrar y operar cargas útiles científicas en un helicóptero dinámica y computacionalmente representativo será fundamental para expandir una nueva frontera para la exploración científica marciana. [150] [40] [23] [151]

El enfoque incluirá:

maggie

Mars Aerial and Ground Global Intelligent Explorer (MAGGIE) es un avión compacto de ala fija propuesto durante las selecciones del NIAC de 2024. [152]

Homenajes a los hermanos Wright

Los funcionarios de la NASA y el JPL describieron el primer vuelo en helicóptero Mars Ingenuity como su "momento Wright Brothers", por analogía con el primer vuelo exitoso de un avión propulsado en la Tierra. [153] [154] Un pequeño trozo de tela del ala del Wright Flyer de 1903 de los hermanos Wright está conectado a un cable debajo del panel solar de Ingenuity . [16] En 1969, Neil Armstrong del Apolo 11 llevó un artefacto Wright Flyer similar a la Luna en el Módulo Lunar Eagle .

La NASA nombró a la primera pista de despegue y aterrizaje de Ingenuity Wright Brothers Field, a la que la agencia de la ONU , la OACI, le dio un código de aeropuerto JZRO para el cráter Jezero, [155] y al propio dron un designador de tipo IGY, distintivo de llamada INGENUITY. [156] [157] [155]

Galería

Audio

El helicóptero Mars Ingenuity, escuchado volar a Marte en su cuarto vuelo

Vídeos de vuelo

Secuencia de implementación

Helicóptero Ingenuity : fuera de debajo del rover Perseverance
Pruebas previas al vuelo

Mapas de vuelos

La zona de vuelo de la demostración técnica y etapa de transición.
Rutas de vuelo de la etapa de demostración operativa e imágenes HiRise de Ingenuity

Imágenes por ingenio

Primeras imágenes [c]
Vuelos 3 a 9
Vuelos 10 a 13
Después de la conjunción: pruebas previas al vuelo y vuelos 14 a 16
Escombros de entrada-descenso-aterrizaje
Ingenuity fotografió la carcasa trasera y el paracaídas de la nave espacial (19 de abril) y otros restos aparentes de EDL (3 de abril). [158]
Línea de cresta del cráter

Imágenes en movimiento

Autorretratos de Perseverance con ingenio

Mars 2020 en el cráter Jezero de Marte : autorretratos del rover Perseverance que muestran el helicóptero Ingenuity

Ver también

Notas

  1. ^ Los tramos 1, 2 y 14 no se ven porque incluyen poco o ningún movimiento horizontal.
  2. ^ Vista de HiRISE de la cuarta ruta de vuelo de Ingenuity que allana el camino para que se traslade al segundo aeródromo en su quinto vuelo
  3. ^ Todas las imágenes tomadas por Ingenuity provienen de su cámara de navegación en blanco y negro orientada hacia abajo [97] o de una cámara en color orientada al horizonte; [98] las patas de aterrizaje se ven en los bordes laterales de las imágenes.
  4. ^ Las ruedas del Perseverance Rover se ven claramente en las esquinas superiores.

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enlaces externos

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