Wenn die NASAAusdauerRover landete im Jezero-Krater am 18. Februar 2021 , es brachte einen interessanten kleinen Begleiter mit, der in letzter Zeit für Aufsehen gesorgt hat! Die Rede ist natürlich von der Einfallsreichtum Mars Helikopter , ein experimentelles Flugsystem, das entwickelt wurde, um zu demonstrieren, ob Flugsysteme auf dem Mars funktionieren können. Seit seinem Erstflug am 19. April , der Helikopter hat die Grenzen des Fluges auf dem Mars verschoben und ist jedes Mal weiter und schneller geworden.
Tatsächlich konnte der Helikopter während seiner ersten fünf Flüge mehrere Rekorde aufstellen und erreichte ein maximale Distanz von 266 m (873 ft) in 117 Sekunden . Leider lief es nicht so gut fürEinfallsreichtumwährend seines sechsten und letzten Fluges. Aufgrund eines Navigations-Timing-Fehlers verirrte sich der Helikopter von seiner Flugbahn, konnte aber nur wenige Meter von seinem Ziel entfernt sicher landen.
Dies ist das erste Mal, dassEinfallsreichtumhat eine Fehlfunktion erlitten, seit es vor über sechs Wochen zum ersten Mal in den Himmel des Mars stieg. Glücklicherweise verhinderten die ausfallsicheren Systeme Unfälle und die Missionsleiter konnten die Ursache des Problems ermitteln. Die Probleme begannen gegen Ende der ersten Etappe des sechsten Testflugs des Hubschraubers, der am Samstag, den 22. Mai stattfandnd, oder der 91. Tag der Perseverance-Mission (Sol 91).
Langstreckenfoto von Ingenuity, aufgenommen mit dem SuperCam-Instrument von Perseverance. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/Kevin M. Gill
Laut Chefpilot Håvard Grip, der kürzlich über den Fehler bei der Mission schrieb Status-Update Seite sollte dieser Flug den Flugbereich noch weiter verschieben und die Luftbildfähigkeiten des Hubschraubers demonstrieren. Dies würde darin bestehen, dass der Hubschrauber auf eine Höhe von 10 m (33 ft) kletterte, bevor er 150 m (492 ft) horizontal nach Südwesten flog mit einer Geschwindigkeit von 4 m/s (14,4 km/h; 9 mph).
Dort angekommen, sollte es sich während der Aufnahme in Richtung Westen weitere 15 m (49 ft) nach Süden bewegen und dann vor der Landung weitere 50 m (164 ft) nach Nordosten fliegen – für eine Gesamtrundreise von 215 m (705 ft).
„Die Telemetrie von Flug Sechs zeigt, dass die erste 150-Meter-Strecke des Fluges reibungslos verlief. Aber gegen Ende dieses Abschnitts geschah etwas: Ingenuity begann, seine Geschwindigkeit anzupassen und sich in einem oszillierenden Muster hin und her zu neigen. Dieses Verhalten blieb während des restlichen Fluges bestehen. Vor der sicheren Landung zeigten Bordsensoren an, dass der Drehflügler Roll- und Nickausschläge von mehr als 20 Grad, große Steuereingaben und Spitzen im Stromverbrauch erlebte.“
Das Problem scheint das Ergebnis eines „Fehlers“ in der Bildpipeline gewesen zu sein, der von der Navigationskamera an das Navigationssystem gesendet wurde, die Zeitsequenz aus der Fassung brachte und das Fahrzeug hinsichtlich seines Standorts verwirrte. Die Navigationskamera ist eine von zwei, die vonEinfallsreichtumund ist verantwortlich für die Verfolgung von Oberflächenmerkmalen, die vom Flugcomputer des Helikopters verwendet werden, um den Helikopter innerhalb seiner vorbestimmten Flugbahn zu halten.
WieEinfallsreichtumgrößere Entfernungen zurücklegt, werden mehr Bilder benötigt, um die Flugbahn zu verfolgen und sicherzustellen, dass er nicht vom Kurs abkommt. Laut Chefpilot Havard Grip trat dieser „Fehler“ in der Pipeline der von der Navigationskamera gesendeten Bilder ungefähr 54 Sekunden nach dem Flug auf:
„Dieser Fehler führte dazu, dass ein einzelnes Bild verloren ging, aber was noch wichtiger war, dass alle späteren Navigationsbilder mit ungenauen Zeitstempeln geliefert wurden. Von diesem Zeitpunkt an operierte der Navigationsalgorithmus jedes Mal, wenn er eine Korrektur basierend auf einem Navigationsbild durchführte, auf der Grundlage falscher Informationen über den Aufnahmezeitpunkt. Die daraus resultierenden Inkonsistenzen verschlechterten die zum Fliegen des Hubschraubers verwendeten Informationen erheblich, was dazu führte, dass Schätzungen ständig „korrigiert“ wurden, um Phantomfehler zu berücksichtigen. Es folgten große Schwingungen.“
Glücklicherweise waren die Ingenieure des NASA Jet Propulsion Laboratory, die Ingenuity gebaut haben, sicher, dass sie einen großen 'Stabilitätsspielraum' in das Design des Flugsteuerungssystems des Hubschraubers einbeziehen (so dass es erhebliche Fehler tolerieren kann, ohne instabil zu werden). Dies setzte während des Fluges ein und ermöglichte Grip und dem Missionsteam, den Hubschrauber nur 5 Meter (16 Fuß) von seinem beabsichtigten Landeplatz entfernt sicher zu senken.
Darüber hinaus verfügt das Missionsteam über einen Prozess, bei dem die Verwendung der Bilder der Navigationskamera während der letzten Phase des Abstiegs und der Landung eingestellt wird. Dies gewährleistet reibungslose und kontinuierliche Schätzungen der Bewegung des Hubschraubers während dieser besonders kritischen Phase der Flugerprobung. Diese Praxis hat sich hier ausgezahlt, da sie dafür gesorgt hatEinfallsreichtumignorierte gegen Ende seines sechsten Flugs Bilder, die Zeitfehlern ausgesetzt waren, und konnte vor dem Aufsetzen aufhören zu schwingen und auszugleichen.
Das Bild von Ingenuity wurde am 23. Mai 2021 – dem Tag nach seinem sechsten Flug – vom Mastcam-Z-Instrument der Perseverance aufgenommen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Während der Flug scheiterte, betonte Grip, dass er die Wirksamkeit der Ingenuity-Fertigkeit und der Subsysteme demonstrierte, die ins Spiel kamen. Dazu gehörten das Rotorsystem, die Aktuatoren und das Antriebssystem des Hubschraubers, die auf den durch die Panne verursachten erhöhten Leistungsbedarf reagierten und den Hubschrauber in der Luft hielten. Es waren genau diese Fail-Safes, die einen Spielraum für den Erfolg bei dem, was sonst eine Katastrophe hätte sein können, ermöglichten.
„Ingenuity hat sich im wahrsten Sinne des Wortes durch die Situation gekämpft, und während der Flug eine Timing-Schwachstelle aufgedeckt hat, die jetzt behoben werden muss, hat er auch die Robustheit des Systems in mehrfacher Hinsicht bestätigt“, sagte Grip. „Obwohl wir einen so stressigen Flug nicht absichtlich geplant haben, verfügt die NASA jetzt über Flugdaten, die die äußeren Bereiche des Leistungsbereichs des Hubschraubers untersuchen. Diese Daten werden in der kommenden Zeit sorgfältig analysiert und unser Wissensreservoir über das Fliegen von Hubschraubern auf dem Mars erweitert.“
Zwei Monate nach demAusdauerRover landete auf dem Mars,Einfallsreichtumwar das erste Flugzeug, das einen Motorflug auf einem anderen Planeten machte. Ursprünglich sollte der Technologiedemonstrator nur fünf Testflüge über 30 Missionstage (Sols) durchführen. Der bisherige Erfolg hat die NASA so beeindruckt, dass sie beschlossen hat, ihre Mission um mindestens einen Monat zu verlängern.
Die gesammelten Daten werden in zukünftige Missionen zum Mars und zu anderen nicht luftlosen Körpern (wie Titan) einfließen, bei denen Luftfahrzeuge in der Lage sein werden, Wissenschaft zu betreiben und eine einzigartige Perspektive auf außerirdische Umgebungen zu bieten. Kurz gesagt, dieser „kleine Hubschrauber, der könnte“ war nichts, wenn er nicht den richtigen Namen hatte!