Marte: NASA prepara il primo volo in elicottero

La NASA sta organizzando un primo volo su Marte dall’8 aprile 2021 attraverso l’elicottero Ingenuity Mars per effettuare il primo tentativo di volo a motore controllato di un aereo su un altro pianeta. Prima che il rotorcraft da 4 libbre (1,8 chilogrammi) possa tentare il suo primo volo, tuttavia, sarà necessario che il suo team possa raggiungere una serie di traguardi. L’ingegno rimane attaccato alla pancia del rover Perseverance della NASA, che è atterrato su Marte il 18 febbraio. Il 21 marzo, il rover ha schierato lo scudo per detriti composito di grafite a forma di custodia della chitarra che proteggeva Ingenuity durante l’atterraggio. Il rover è attualmente in transito verso il “campo d’aviazione” dove Ingenuity tenterà di volare. Una volta schierato, Ingenuity avrà a disposizione 30 giorni marziani, o sol, (31 giorni terrestri) per condurre la sua campagna di volo di prova:

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“Quando il rover Sojourner della NASA è atterrato su Marte nel 1997, ha dimostrato che viaggiare sul Pianeta Rosso era possibile e ha completamente ridefinito il nostro approccio al modo in cui esploriamo Marte. Allo stesso modo, vogliamo conoscere il potenziale che l’Ingenuity ha per il futuro della ricerca scientifica “, ha affermato Lori Glaze, direttore della Divisione di scienze planetarie presso la sede della NASA. “Giustamente chiamato, Ingenuity è una dimostrazione tecnologica che mira ad essere il primo volo a motore su un altro mondo e, in caso di successo, potrebbe espandere ulteriormente i nostri orizzonti e ampliare la portata di ciò che è possibile con l’esplorazione di Marte”. Volare in modo controllato su Marte è molto più difficile che volare sulla Terra:

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Il pianeta rosso ha una gravità significativa (circa un terzo di quella terrestre) ma la sua atmosfera è densa solo l’1% di quella terrestre in superficie. Durante il giorno marziano, la superficie del pianeta riceve solo circa la metà della quantità di energia solare che raggiunge la Terra durante il giorno e le temperature notturne possono scendere fino a meno 130 gradi Fahrenheit (meno 90 gradi Celsius), il che può congelare e rompere i componenti elettrici non protetti. Per rientrare negli alloggi disponibili forniti dal rover Perseverance, l’elicottero Ingenuity deve essere di piccole dimensioni. Per volare nell’ambiente di Marte, deve essere leggero. Per sopravvivere alle gelide notti marziane, deve avere abbastanza energia per alimentare i riscaldatori interni. Il sistema – dalle prestazioni dei suoi rotori in aria rarefatta ai suoi pannelli solari, riscaldatori elettrici e altri componenti – è stato testato e ritestato nelle camere a vuoto e nei laboratori di prova del Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. Ogni passo che abbiamo fatto da quando questo viaggio è iniziato sei anni fa è stato un territorio inesplorato nella storia degli aerei”, ha affermato Bob Balaram, ingegnere capo di Mars Helicopter al JPL. “E mentre essere schierati in superficie sarà una grande sfida, sopravvivere quella prima notte su Marte da solo, senza che il rover lo protegga e lo mantenga alimentato, sarà ancora più grande.” Distribuzione dell’elicottero:

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Prima che Ingenuity prenda il suo primo volo su Marte, deve trovarsi esattamente al centro del suo campo d’aviazione: una zona di 33 x 33 piedi (10 x 10 metri) di proprietà marziana scelta per la sua piattezza e la mancanza di ostacoli. Una volta che le squadre di elicotteri e rover confermano che Perseverance si trova esattamente dove vogliono che sia all’interno dell’aeroporto, inizia l’elaborato processo per schierare l’elicottero sulla superficie di Marte.   “Come con tutto ciò che riguarda l’elicottero, questo tipo di spiegamento non è mai stato fatto prima”, ha affermato Farah Alibay, responsabile dell’integrazione di Mars Helicopter per il rover Perseverance. “Una volta avviato lo schieramento, non si può tornare indietro. Tutte le attività sono strettamente coordinate, irreversibili e dipendenti l’una dall’altra. Se c’è anche un accenno che qualcosa non sta andando come previsto, potremmo decidere di aspettare un sol o più fino a quando non avremo un’idea migliore di cosa sta succedendo”.

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Il processo di spiegamento dell’elicottero richiederà circa sei sol (sei giorni, quattro ore sulla Terra). Sul primo sol, il team sulla Terra attiverà un dispositivo di rottura dei bulloni, rilasciando un meccanismo di blocco che ha aiutato a tenere saldamente l’elicottero contro la pancia del rover durante il lancio e l’atterraggio su Marte. Il sol seguente, spareranno un dispositivo pirotecnico tagliacavi, consentendo al braccio meccanizzato che trattiene Ingenuity di iniziare a ruotare l’elicottero dalla sua posizione orizzontale. Questo è anche il momento in cui il rotorcraft estenderà due delle sue quattro gambe di atterraggio. Durante il terzo sol della sequenza di schieramento, un piccolo motore elettrico finirà di ruotare Ingenuity fino a quando non scatta, portando l’elicottero completamente verticale. Durante il quarto sol, le ultime due gambe di atterraggio scatteranno in posizione. Su ciascuno di questi quattro sol, l’imager WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering) acquisirà scatti di conferma di Ingenuity mentre si dispiega in modo incrementale nella sua configurazione di volo. Nella sua posizione finale, l’elicottero rimarrà sospeso a circa 5 pollici (13 centimetri) sulla superficie marziana. A quel punto, solo un singolo bullone e un paio di dozzine di minuscoli contatti elettrici collegheranno l’elicottero a Perseverance. Al quinto sol del dispiegamento, il team sfrutterà l’ultima opportunità per utilizzare Perseverance come fonte di energia e caricare le sei celle della batteria di Ingenuity. “Una volta tagliato il cavo con Perseverance e lasciato cadere gli ultimi cinque pollici sulla superficie, vogliamo che il nostro grande amico scappi il più rapidamente possibile in modo da poter ottenere i raggi del sole sul nostro pannello solare e iniziare a ricaricare le nostre batterie“, ha detto Balaram. Link video:

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Nel sesto e ultimo sol in programma di questa fase di schieramento, il team dovrà confermare tre cose: che le quattro gambe di Ingenuity sono saldamente sulla superficie del cratere Jezero, che il rover ha guidato per circa 16 piedi (circa 5 metri). di distanza e che sia l’elicottero che il rover stanno comunicando tramite le loro radio di bordo. Questa pietra miliare avvia anche l’orologio da 30 sol durante il quale devono essere effettuati tutti i controlli preliminari e i test di volo. Ingenuity è un test di volo ingegneristico sperimentale – vogliamo vedere se possiamo volare su Marte”, ha detto MiMi Aung, project manager per Ingenuity Mars Helicopter presso JPL. “Non ci sono strumenti scientifici a bordo né obiettivi per ottenere informazioni scientifiche. Siamo fiduciosi che tutti i dati ingegneristici che vogliamo ottenere sia sulla superficie di Marte che in alto possano essere eseguiti entro questa finestra di 30 sol”. Come per lo spiegamento, i team di elicottero e rover si avvicineranno metodicamente al prossimo test di volo. Se il team non dovesse riuscire nell’impresa o dovesse porsi domande su un importante traguardo del preflight, la tempistica potrebbe richiedere uno o più sol per comprendere meglio il problema. Se l’elicottero sopravvive alla prima notte del periodo di sequenza sulla superficie di Marte, tuttavia, il team trascorrerà i prossimi diversi sol facendo tutto il possibile per garantire un volo di successo, incluso dimenando le pale del rotore e verificando le prestazioni dell’unità di misura inerziale, oltre a testare l’intero sistema del rotore durante uno spin-up a 2.537 giri / min (mentre il carrello di atterraggio di Ingenuity rimane saldamente sulla superficie). Il primo test di volo su Marte:

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Una volta che il team è pronto per tentare il primo volo, Perseverance riceverà e trasmetterà a Ingenuity le istruzioni di volo finali dai controllori di missione JPL. Diversi fattori determineranno il tempo preciso per il volo, inclusa la modellazione dei modelli di vento locale e le misurazioni effettuate dal Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) a bordo di Perseverance. L’ingegno farà funzionare i suoi rotori a 2.537 giri / min e, se tutti gli autocontrolli finali sembrano buoni, decollerà. Dopo essere salito a una velocità di circa 3 piedi al secondo (1 metro al secondo), l’elicottero rimarrà sospeso a 10 piedi (3 metri) sopra la superficie per un massimo di 30 secondi. Quindi, il Mars Helicopter scenderà e atterrerà di nuovo sulla superficie marziana. Diverse ore dopo il primo volo, Perseverance effettuerà il downlink del primo set di dati di ingegneria di Ingenuity e, possibilmente, di immagini e video dalle telecamere di navigazione del rover e da Mastcam-Z. Dai dati trasferiti la prima sera dopo il volo, il team di Mars Helicopter si aspetta di essere in grado di determinare se il loro primo tentativo di volare su Marte sia stato un successo. Nel sol seguente, tutti i rimanenti dati di ingegneria raccolti durante il volo, così come alcune immagini in bianco e nero a bassa risoluzione dalla telecamera di navigazione dell’elicottero, potrebbero essere trasferiti al JPL. Il terzo sol di questa fase, dovrebbero arrivare le due immagini riprese dalla telecamera a colori ad alta risoluzione dell’elicottero. Il team di Mars Helicopter utilizzerà tutte le informazioni disponibili per determinare quando e come procedere con il prossimo test. Marte è difficile“, ha detto Aung. “Il nostro piano è lavorare tutto ciò che il Pianeta Rosso ci propone nello stesso modo in cui abbiamo gestito ogni sfida che abbiamo affrontato negli ultimi sei anni – insieme, con tenacia e molto duro lavoro, e un po ‘di ingegno”. Un pezzo di storia:

Mentre Ingenuity tenterà il primo volo motorizzato e controllato su un altro pianeta, il primo volo controllato e motorizzato sulla Terra ha avuto luogo il 17 dicembre 1903, sulle dune spazzate dal vento di Kill Devil Hill, vicino a Kitty Hawk, nella Carolina del Nord. Orville e Wilbur Wright coprirono 120 piedi in 12 secondi durante il primo volo. I fratelli Wright fecero quattro voli quel giorno, ciascuno più lungo del precedente. Una piccola quantità del materiale che copriva una delle ali dell’aereo dei fratelli Wright, noto come Flyer, durante il primo volo è ora a bordo di Ingenuity. Un nastro isolante è stato utilizzato per avvolgere il piccolo campione di tessuto attorno a un cavo situato sotto il pannello solare dell’elicottero. I Wright usarono lo stesso tipo di materiale – una mussola non sbiancata chiamata “Pride of the West” – per coprire i loro alianti e le ali degli aerei a partire dal 1901. L’equipaggio dell’Apollo 11 fece volare un diverso pezzo di materiale, insieme a una piccola scheggia di legno dal Wright Flyer, alla Luna e ritorno durante la loro iconica missione nel luglio 1969. Maggiori informazioni sulla missione aerea:

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L’elicottero Ingenuity Mars è stato costruito da JPL, che gestisce anche la dimostrazione tecnologica per il quartier generale della NASA. È supportato dalla direzione della missione scientifica della NASA, dalla direzione della missione di ricerca aeronautica della NASA e dalla direzione della missione della tecnologia spaziale della NASA. L’Ames Research Center della NASA e il Langley Research Center hanno fornito un’analisi significativa delle prestazioni di volo e assistenza tecnica. Al quartier generale della NASA, Dave Lavery è il responsabile del programma dell’elicottero Ingenuity Mars. In JPL, MiMi Aung è il project manager e J. (Bob) Balaram è l’ingegnere capo. Porta l’entusiasmo di Ingenuity nelle aule e nelle case tramite il toolkit Office of STEM Engagement della NASA . Educatori, studenti e famiglie possono seguire la missione costruendo un elicottero di carta o codificando un videogioco Ingenuity. Per ulteriori informazioni su Ingenuity: https://go.nasa.gov/ingenuity-press-kit e https://mars.nasa.gov/technology/helicopter. Altro sulla Perseverance:

Un obiettivo chiave per la missione di Perseverance su Marte è l’ astrobiologia, inclusa la ricerca di segni di antica vita microbica. Il rover caratterizzerà la geologia del pianeta e il clima passato, aprirà la strada all’esplorazione umana del Pianeta Rosso e sarà la prima missione a raccogliere e memorizzare roccia marziana e regolite (roccia rotta e polvere). Le successive missioni della NASA, in collaborazione con l’ESA (Agenzia spaziale europea), avrebbero inviato veicoli spaziali su Marte per raccogliere questi campioni sigillati dalla superficie e riportarli sulla Terra per un’analisi approfondita. JPL, che è gestito per la NASA da Caltech a Pasadena, in California, ha costruito e gestisce le operazioni del rover Perseverance. Per saperne di più sulla perseveranza: nasa.gov/perseverance e mars.nasa.gov/mars2020/ Per ulteriori immagini relative a questa versione, vai a https://go.nasa.gov/3tNe822.

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(Fonte: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-ingenuity-mars-helicopter-prepares-for-first-flight).

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