Nasin laboratorij za reaktivni pogon je pred kratkim sporočil, da razvija majhen brezpilotni helikopter za iskanje prihodnjih marsovskih roverjev. Zakaj bi Mars veslači potrebovali takšnega robotskega vodnika? Odgovor je, da je vožnja na Marsu res težka.
Tu na Zemlji lahko roboti, ki raziskujejo vulkanske platišča ali pomagajo reševalcem, vozijo z daljinskim upravljalnikom, s krmilno palico. To je zato, ker radijski signali skoraj takoj prihajajo do robota iz njegovega nadzornega centra. Vožnja na Luni ni veliko težja. Radijski signali, ki potujejo s svetlobno hitrostjo, trajajo približno dve sekundi in pol, da se krožno potovanje vrnemo na Luno in nazaj. Ta zamuda ni dovolj dolga, da bi resno motila vožnjo na daljavo. Sovjetski kontrolorji so v sedemdesetih letih na ta način vozili lunarne Lunohod, uspešno raziskali več kot 40 km lunarnega terena.
Vožnja po Marsu je veliko težja, saj je tako daleč stran. Glede na njen položaj glede na Zemljo lahko signali trajajo od 8 do 42 minut za krožno potovanje. Vnaprej programirana navodila morajo biti poslana roverju, ki jih nato sam izvede. Vsaka marsovska vožnja traja ure skrbnega načrtovanja. Inženirji natančno pregledajo stereo slike, ki jih posnamejo navigacijske kamere roverja. Slike z vesoljskih plovil, ki krožijo na Marsu, včasih nudijo dodatne informacije.
Rover je lahko programiran tako, da preprosto izvrši seznam vozniških ukazov, poslanih z Zemlje, ali pa lahko uporabi slike, posnete z navigacijskimi kamerami in obdelane v računalnikih, da meri hitrost in sam odkrije ovire ali nevarnosti. Lahko celo oblikuje svojo varno pot do določenega cilja. Pogoni na podlagi navodil s terena so najhitrejši.
Mars Exploration Rovers Spirit in priložnost bi lahko na ta način vozil do 124 metrov v eni uri. To ustreza približno dolžini igrišča za ameriški nogomet. A ta način je bil tudi najmanj varen.
Ko se rover aktivno usmerja s svojimi kamerami, je napredek varnejši, vendar veliko počasnejši zaradi vse potrebne obdelave slik. Napreduje lahko s samo 10 metri na uro, kar je približno razdalja od ciljne črte do 10 dvoriščne črte na igrišču za ameriški nogomet. To metodo je treba uporabiti, kadar rover nima jasnega pogleda na pot, kar je pogosto zaradi grobega in gričevnatega terena.
Od začetka leta 2015 je najbolj oddaljena Curiosity v enem dnevu 144 metrov. Priložnost najdaljša dnevna vožnja je bila 224 metrov, oddaljenost dveh igrišč za ameriški nogomet.
Če bi lahko zemeljski krmilniki bolje pogledali pot naprej, bi lahko oblikovali navodila, ki bodočemu roverju omogočajo varno vožnjo veliko dlje v enem dnevu.
Od tod pride ideja o brezpilotnem helikopterju. Helikopter bi lahko vsak dan poletel pred roverjem. Slike, narejene z njene zračne točke, bi bile neprecenljive za zemeljske krmilnike za prepoznavanje točk znanstvenega pomena in načrtovanje voznih poti do tja.
Letenje helikopterja na Marsu predstavlja posebne izzive. Ena prednost je, da je marsovska gravitacija le 38% močna kot na Zemlji, tako da helikopterju ne bi bilo treba ustvariti toliko dviga kot ena ista masa na Zemlji. Lopatice propelerja helikopterja ustvarjajo dvig s potiskom zraka navzdol. Na Marsu je to težje storiti kot na Zemlji, saj je marsovsko ozračje stokrat tanjše. Za odstranjevanje dovolj zraka bi se morale rezila propelerja vrteti zelo hitro ali pa bi bila zelo velika.
Kopter mora biti sposoben leteti sam po predhodnih navodilih in vzdrževati stabilen let po vnaprej določeni poti. Večkrat mora pristati in vzleteti po skalnatem marsovskem terenu. Končno mora biti sposoben preživeti težke razmere na Marsu, kjer temperatura vsako noč pade na 100 stopinj Fahrenheita ali nižje.
Inženirji JPL so zasnovali copter z maso 1 kilogram; majhen del 900 kg mase roverja Curiosity. Lopatice propelerja segajo 1,1 metra od vrha rezila do vrha rezila in se lahko vrtijo pri 3400 vrtljajih na minuto. Telo je približno velikosti škatle za tkiva.
Kopter je na sončni pogon, disk sončnih celic pa vsak dan zbere dovolj energije, da lahko poganja polet v dveh do treh minutah in ogreva vozilo ponoči. V tistem času lahko leti približno pol kilometra in pobira slike za prenos na zemeljski nadzor. Inženirji pričakujejo, da bo izvidnica, ki jo zbira brezpilotni letalec, neprecenljiva pri načrtovanju roverjevih pogonov, s tem da se bo razdvojila razdalja, ki jo je mogoče prehoditi v enem dnevu.
Reference in nadaljnje branje:
Zahvaljujemo se Marku Maimoneu iz Nasinega laboratorija za reaktivni pogon za informacije o dnevnih razdaljah Radovednosti in priložnosti.
J.J. Biesiadecki, P. C. Leger in M. W. Maimone (2007), „kompromisi med usmerjeno in avtonomno vožnjo na raziskovalnih vrtačih na Marsu“, International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91–104
E. Howell, Priložnost Mars rover hodi v dolžini 41 kilometrov proti „Maratonski dolini“, vesoljski časopis, december 2014.
T. Reyes, neverjetno potovanje, rover Mars Curiosity doseže bazo Mount Sharp. Vesoljska revija, september 2014
Helikopter bi bil lahko "skavt" za Mars veslače. NASA laboratorij za reaktivni pogon. 22. januar 2015.
Nori inženiring: helikopter Mars. NASA-in laboratorij za reaktivni pogon.
Radovednost - Mars Science Laboratory, NASA.
Mars - načrti za prihodnje roverje. NASA
