A hétvégén 24. alkalommal emelkedett a magasba az Ingenuity helikopter, hogy folytassa útját a Jezero-krátert egykor tápláló ősi folyó deltatorkolata felé. A repülésre április 3-án, vasárnap került sor. Ez a küldetés volt a negyedik abból az öt tervezett repülésből, amely a „Séítah” régiójának átszeléséhez és a torkolathoz érkezéshez szükséges. A Séítah átszelésére azért van szükség, hogy megelőzzék a Perseverance marsjárót, amely szintén a delta torkolathoz igyekszik, a Séítah homokdűnéit elkerülő útvonalon.
A 24. repülés előtt kulcsfontosságú döntést kellett hozni arról, hogy mi lenne a legjobb útvonal a torkolat elérésére? Erre a mérnökök 3 különböző repülési tervet dolgoztak ki, melyek a következők voltak:
- A. lehetőség: egyetlen, hosszú repülés.
- B. lehetőség: két rövidebb repülés.
- C. lehetőség: egy nagyon rövid repülés, majd az A verzió rövidebb útvonalon, annak érdekében, hogy könnyebb legyen.
Az Ingenuity számára megalkotott 3 különböző repülési terv. Kép forrása: NASA/JPL
Az Ingenuity csapatának több tényezőt is figyelembe kellett vennie annak eldöntésekor, hogy melyik lehetőséget választják: a hőmérsékleti tényezőket, a légköri viszonyokat, a repülési időt, a sodródást, a leszállóhelyeket, és azt is, hogy tartani tudják a lépést a Perseverance roverrel. Lássuk is ezeket a tényezőket részletesen.
Termikus korlátozások, hőmérsékleti tényezők
Az Ingenuity minden alkatrésze rendelkezik az úgynevezett megengedett repülési hőmérsékletekkel (AFT), amelyek megadják azt a hőmérsékleti tartományt, amelyen az egyes komponensek biztonságosan működhetnek. Ha túl hideg vagy túl meleg, akkor nem fog rendeltetésszerűen működni. Az „AFT-n belül tartás” kritikus fontosságú az Ingenuity működőképességének biztosításához. Ezt a mérnökök úgy érik el, hogy az éjszakai hidegben fűtőtesteket használnak a rendszerek melegen tartására, nappal pedig, amikor melegebb van, korlátozzák a tevékenységeket. A helikopter számára különleges kihívást jelent a szervók és motorok hőmérsékletének kezelése, amelyek lehetővé teszik a repülést. Ezek az alkatrészek nagy mennyiségű hőt termelnek repülés közben, olyannyira, hogy a maximális repülési időt gyakran ezeknek a komponenseknek a maximális AFT-je korlátozza.
Szezonális légköri feltételek
Több alkalommal is beszámoltunk róla, hogy szeptember óta a Mars légkörének sűrűsége csökken, ami a rotor fordulatszámának 2537 fordulat/percről 2700 fordulat/perces sebességre történő növelését tette szükségessé. Ennek működőképességét először a 14. repülés során tesztelték. Azóta a helikopter minden küldetésén gondtalanul repült 2700-as fordulatszámmal. Sajnos azonban a magasabb fordulatszám használata miatt a hajtóművek gyorsabban felmelegednek, és hamarabb elérik a már fent említett AFT-értéket, ami korlátozza a maximális repülési időt, 130 másodperces vagy annál rövidebb időtartamra. A marsi évszak most a nyár vége felé közeledik, és megkezdődik az átmenet a marsi őszbe, ami azt jelenti, hogy a levegő sűrűsége is növekedésnek indult.
A Mars légkörsűrűségének változásai. Kép forrása: NASA/JPL
Ez azt jelenti, hogy vissza lehet térni az első 13 repülés során használt 2537 fordulat/perces fordulatszámhoz. Ez lehetővé teszi a repülési idő növelését körülbelül 150 másodpercre.
A légkör sűrűsége azonban nem az egyetlen tényező: A sűrűség változásának fő mozgatórugója a légkör hőmérséklete, amely szintén jelentős hatással van az Ingenuity hőmérsékletére.
Most, a nyárból jövet melegebb van, mint a korábbi, tavaszi repülések alkalmával. A melegebb légkör melegebb komponenseket is jelent, amiből egyenesen következik az, hogy a helikopter alkatrészei hamarabb elérik a maximális AFT értékeket.
Repülési idő és távolság
A Jezero-kráter jelenlegi légköri viszonyai mellett a teljes repülési időt, tehát az egyes komponensek megengedett repülési hőmérséklete korlátozza. Ennek figyelembe vételével nézzük meg részletesebben a fenti 3 repülési tervet:
- A. lehetőség: A deltából való hosszú repülés 170 másodperces repülési időt igényel, ami a korábbi repülések maximuma. Ez nem lehetséges, amíg a légkör tovább nem hűl.
- B. lehetőség: A két rövidebb repülés olyan, mint a korábbi „nyári” küldetések, 130 másodperces repülési idővel, amely változtatás nélkül lehetséges.
- C. lehetőség: Az első repülés, egy rövidebb ugrás lenne annak érdekében, hogy a második repülés időtartamát 160 másodpercre lehessen redukálni. Ez akkor lehetséges, ha:
- a fordulatszámot 2,537-re csökkentik,
- korábbi időpontban történik a repülés, hogy alacsonyabb legyen a légköri hőmérséklet.
A csapat megállapította, hogy a megszokottnál 30 perccel korábbi, 09:30 LMST-kor (local mean solar time) történő indulással a repülési idő 10 másodperccel növelhető. Az Ingenuity azonban még soha nem repült 09:30-kor, így ez egy új „első alkalom” lett volna. A korábbi repülésnek azonban van egy nagy hátránya, méghozzá a helikopter akkumulátorainak töltöttségi állapotával kapcsolatos kockázatok. Az Ingenuity éjszakára energiát használ a fűtéshez, és napközben napelemmel tölti fel az akkumulátorait. Ez azt jelenti, hogy reggelre az akkumulátorok töltöttsége csökken. Ha úgy döntenek, hogy 9:30-kor indul útnak a helikopter, akkor először repülés nélkül tesztelni kell a járművet ebben az időpontban, hogy ellenőrizni lehessen, elegendő töltöttséggel rendelkezik-e a repüléshez.
A repülési idő általában a megtett távolsággal egyenértékű, de az elvégzett manőverektől is függ. Például a helyben forgás (az úgynevezett „yawing”) lassan történik (legalábbis a Marson), néhány másodpercet vesz igénybe anélkül, hogy a helikopter valamekkora utat megtenne. Emiatt az Ingenuity repülései, amelyekben több a manőver, ugyanannyi idő alatt rövidebb távolságú küldetéseket eredményeznek.
Fenti tényezők a C. lehetőség esetében játszanak szerepet. Ez a repülés több okból is lehetővé tenné a hosszabb, 160 másodperces repülést:
- egy tesztrepülés lenne a 2537 fordulat/perces sebességgel történő repüléshez,
- egy tesztrepülés lenne a 09:30-as időpontban történő induláshoz, és
- csökkenti a következő repülés levegőben töltött idejét az időigényes manőverek elvégzésével, és a célhoz való kissé közelebb kerüléssel. Mindhárom lépésre szükség van ahhoz, hogy a 160 másodperces repülést lehessen végrehajtani.
„Sodródás”
Korábban oldalunkon is szóba került, hogy az Ingenuity csupán egy techdemóként, demonstrációs küldetésként indult, amelyet sík terep feletti repülésre optimalizáltak. Amikor a terep egyenetlen, például dombok, kövek, nagyobb sziklák és dűnék felett repül a helikopter, a jármű pozíciója és iránya „elsodródhat”. Ez az eltérés egy szélesebb leszállási területet eredményez, amit landolási ellipszisnek nevezünk. Minél messzebb repül, annál nagyobb a lehetséges eltérés, és annál nagyobb a landolási ellipszis területe. A Séítah régióban sok ilyen egyenetlen terület található, így az Ingenuity számára kockázatosabbá válik a térség fölött átrepülni. További kihívást jelent a Perseverance leszállási hardverelemeinek jelenléte, beleértve az égi darut, az ejtőernyőket és a hátsó burkolatot. Az 1. (legfelső) ábrán látható zöld pontok a Mars körül keringő szondák felvételei alapján előre jelzett helyeket mutatják. Ezen alkatrészek némelyike a B opció repülési útvonala alatt van, ami az Ingenuity lézeres magasságmérőjének (a helikopter felszín feletti magasságát mérő lézer) és vizuális odometria-rendszerének váratlan működését eredményezheti, ami nagyobb sodródást okozhat.
Leszállóhelyek
Az Ingenuity minden egyes repülése rendelkezik egy tervezett landolási ellipszissel (vagy néha csak egy leszállási régióval), amelyet annak érdekében jelölnek ki, hogy biztonságos legyen a leszállás, és elég nagy legyen a várható sodródáshoz. Sokszor a legnagyobb kihívást egy kellően nagy leszállóterület megtalálása jelenti, amely mentes a veszélyektől, például szikláktól, nagy lejtőktől. A Séítah régióban különösen nagy kihívást jelent megfelelő méretű leszállóhelyet találni, ezért a rövidebb repüléseket részesítik előnyben, hogy csökkentsék a lehetséges sodródást, és ezáltal a landolási ellipszis szükséges méretét. A Séítah régión kívül a terep viszonylag sík, ami lehetővé teszi a nagy leszállási zónák kijelölését és a nagyobb sodródással járó hosszú repülések végrehajtását. Ez alapján vizsgáljuk meg a különböző lehetőségeket és leszállóhelyeiket:
- A. lehetőség: egy leszállási zóna a Séítah régión kívül, amely nagy és biztonságos.
- B. lehetőség: A 24. repülés landolási zónája a Séítah régión belül van, ami korlátozza a méretét, és közepes távolságú repülést igényel, ami kisebb mozgásteret ad, és kissé kockázatosabbá teszi, mint az A lehetőség esetén.
- C. lehetőség: Az első leszállóhely (a 24. repülésszámára) csak rövid repülést igényel, ami csökkenti a lehetséges sodródás mértékét, és az előző, 23. küldetés viszonylag nagy leszállási ellipszisén belül marad.
Lépést tartani a Perseverance marsjáróval
A Perseverance megfelelő ütemben halad az ősi folyó deltájához vezető úton, és fontos, hogy az Ingenuity tartsa a lépést, hogy a rover előtt megérkezzen. Ennek két oka van: a kommunikáció és a biztonság. Az Ingenuity csak a Perseverance kommunikációs bázisállomásával kommunikál, ezért elég közel kell maradnia ahhoz, hogy jó legyen a kapcsolat. A biztonság szempontjából ideális, ha az Ingenuity a Perseverance előtt repül, hogy soha ne kelljen a rover mellett vagy annak közelében haladnia, hogy ha probléma merülne fel, a lehető legkisebb legyen az érintkezés kockázata.
A 24. repülés összefoglalása
A fenti szempontok, és a rendelkezésre álló adatok alapján az Ingenuity csapata a C lehetőség mellett döntött.
Ezzel a 24. küldetés egy rövid „ugrást” és egy forduló manővert jelentett 09:30-as kezdettel, 2537 fordulat/perc fordulatszámmal, és felkészítette a helikoptert a 25. repülésre, a Séítah régióból való kilépésre.
A légkörben töltött idő 69,5 másodperc volt, 10 méteres magasságban 47 métert tett meg a jármű.
A következő, 25. repülés során az Ingenuity északnyugat felé veszi az útját, 704 méterrel, amely majdnem 80 méterrel hosszabb lesz, mint a jelenlegi rekord – 9. küldetés során megtett táv. A helikopter sebessége körülbelül 5,5 méter/másodperc lesz (ami egy újabb rekord), és várhatóan körülbelül 161,5 másodpercig fog tartani.
Az Ingenuity a 24. repülés során. Kép forrása: NASA/JPL