Wenn der neue Martian-Rover Perseverance der NASA in etwas mehr als einem Monat auf den Markt kommt, wird er einen kleinen Roboter-Stau an Bord haben. Einfallsreichtum ist ein kleiner Hubschrauber mit einem Rumpf von der Größe eines Softballs und zwei ausfahrenden Rotoren mit einem Durchmesser von etwa 4 Fuß. Es wurde im April an der Unterseite des Rover-Chassis befestigt, und die NASA hat kürzlich Details zu ihrem technisch anspruchsvollen Freigabeprozess veröffentlicht.
Bevor das Team von NASA- und Lockheed Martin-Ingenieuren jedoch mit der Entwicklung des Auslösemechanismus begann, mussten sie sich entscheiden, was die Mission von Ingenuity eigentlich sein würde. Letztendlich wird der Helikopter als erster motorbetriebener experimenteller Testflug auf einem außerirdischen Körper dienen. Die NASA hofft, dass dies der erste von vielen sein wird, der zu zukünftigen Hubschraubern auf dem Mars führt, die es Missionswissenschaftlern ermöglichen könnten, aus der Luft in zuvor unzugängliche Orte wie Krater und Klippen zu blicken. Wenn Ingenuity erfolgreich ist, könnte es den Weg für viele zukünftige luftgestützte Wissenschafts- und Aufklärungsmissionen ebnen.
Bild, das verschiedene Subsysteme des Ingenuity-Elikopters beschreibt. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Um erfolgreich zu sein, muss Ingenuity erst einmal fliegen können. Es wäre schwierig, dies von der Unterseite eines Rovers aus zu tun, der nur 25 Zoll über dem Boden ist. Aus diesem Grund hat ein Team von Ingenieuren von JPL und Lockheed Martin Space ein System entwickelt, um Ingenuity von Perseverance zu trennen, das als Mars Helicopter Delivery System bekannt ist.
Der Helikopter selbst wird eigentlich horizontal im Fahrwerk von Perseverance verstaut. Nach ungefähr 60 Tagen nach der Landung auf der Marsoberfläche im Februar 2021 sucht der Rover einen flachen Bodenfleck von 10 m x 10 m auf, an dessen Rändern keine Hindernisse vorhanden sind, die die Sicht des Rovers auf den Hubschrauber blockieren würden, da es hebt ab. Es wird dann den Trümmerschild fallen lassen, der Ingenuity auf dem Weg auf die Marsoberfläche schützte. Als nächstes steht eine sechstägige Wartezeit an, um die wirksame Trennung des Schildes und des nominellen Helikoptersystems zu bestätigen.
Video, das die ersten Bemühungen zur Entwicklung eines Mars-Helikopter-Konzepts beschreibt, das schließlich zu Ingenuity wurde. Bildnachweis: CalTech
Sobald es das Startsignal erhalten hat, wird das Mars Helicopter Delivery System im wahrsten Sinne des Wortes in Aktion treten. Der erste Schritt des mehrstufigen Prozesses besteht darin, den Mechanismus zu entriegeln, der den Hubschrauber während der Eintrag , Sinkflug und Landephase der Mission. Sobald die Sperre gelöst ist, wird ein kleiner explosiv Charge schneidet ein Kabel, das einen federbelasteten Arm zurückhält. Dieser Arm beginnt dann, den Hubschrauber in eine vertikale Position abzusenken, unterstützt von einem kleinen Elektromotor. Nachdem der Helikopter vollständig senkrecht steht, wird eine weitere kleine Sprengladung die beiden Beine freigeben, die für die Lagerung auf dem interplanetaren Flug weggepackt wurden.
Für die Konstrukteure des Systems ist der schwierigste Teil des gesamten Auslösesystems der letzte Schritt – ein Tropfen von 5 Zoll. Die 25 Zoll Freiraum, die Perseverance bietet, wird fast vollständig von der 19-Höhe des Ingenuity eingenommen. Das bedeutet, dass der letzte Schritt nach der vertikalen Position darin besteht, dass Ingenuity 5 Zoll direkt auf die Marsoberfläche fällt.
Video des Mars Helicopter Delivery Systems in Aktion. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech und Lockheed Martin Space
Es ist nicht klar, was genau der Plan der NASA ist, falls Ingenuity umkippt, aber es ist sicher, dass er einen hat. Sie könnten möglicherweise den Roboterarm oder sogar eines der Räder des Rotors verwenden, um den Hubschrauber wieder in eine stehende Position zu bringen. Hoffentlich wird Perseverance einfach in der Lage sein, sich vom aufrechten Hubschrauber zu entfernen und eine Beobachtungsposition ein paar hundert Meter vom Startplatz von Ingenuity entfernt einzunehmen. Innerhalb der Kommunikationsreichweite zu bleiben ist der Schlüssel zu einer erfolgreichen Operation, da Ingenuity die Kommunikation von Perseverance nutzt Plattform um Daten über seinen Flug zurück an die NASA zu übermitteln. Ingenuity wird erstmals auf einem außerirdischen Planeten das gemeinsame IoT-Kommunikationsprotokoll verwenden Zigbee als Methode zur Datenübertragung.
Einfallsreichtum ist im unteren mittleren Teil dieses Bildes der Unterseite des Perseverance-Rovers zu sehen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Vorausgesetzt, dass alles gut läuft, wird Ingenuity den ersten Testflug mit Motor auf einem anderen Planeten durchführen. Im Laufe seiner Mission soll Ingenuity bis zu 5-mal fliegen, Höhen zwischen 3 und 10 Metern erreichen und möglicherweise 300 Meter Gelände in einem einzigen Flug zurücklegen. Die Telemetrie und andere Daten, die an die NASA zurückgesendet werden, werden von unschätzbarem Wert sein, um die Machbarkeit von Motorflügen auf dem Mars zu bewerten und könnten zukünftige autonome Missionen sowie Flüge, die direkt von zukünftigen Marsforschern kontrolliert werden, informieren.
Diese Daten stehen am Ende eines langen Entwicklungsweges. Der Helikopter, aus dem Ingenuity wurde, war der Erste vorgeschlagen im Jahr 2014, endlich für den Flug auf der Mars-2020-Mission im Jahr 2018 mit einem Budget von 23 Millionen US-Dollar akzeptiert. Während diese Finanzierung Ingenuity die Auszeichnung verlieh, die erste Flugmaschine zu sein, die auf dem Roten Planeten landete, wurden zahlreiche andere Flugtests auf dem Mars vorgeschlagen, wie z ARES und Sky-Sailor . In weniger als einem Jahrzehnt wird es auch in einem fremden Himmel von Libelle , eine geplante Hubschraubermission zum Titan im Jahr 2026.
Ingenuity muss nicht annähernd so lange auf seinen Tag in der Sonne warten – es ist bereits im Gehäuse von Perseverance gebündelt, bereit für den Starttermin in den kommenden Monaten und die Ankunft auf dem Mars am 18. Februar 2021. Innerhalb weniger Monate nach der Berührung wird das Mars Helicopter Delivery System endlich die Chance bekommen, die gesamte Technik zu präsentieren, die darin steckt. Und mit nur einem einzigen erfolgreichen Testflug wird Ingenuity selbst seinen Namen in die Annalen der bemannten Raumfahrt eingehen.
Weiterlesen:
NASA-Feature-Artikel: Wie der Mars-Hubschrauber der NASA die Oberfläche des Roten Planeten erreichen wird
NASA: Mars-Hubschrauber-Technologie-Demonstrator
NASA: Mars Helikopter Homepage
