Deep Space Network IT

Mars 2020: l'elicottero Ingenuity si prepara a spiccare il primo volo

24 marzo 2021
Dopo lo sgancio dello scudo protettivo in carbonio avvenuto lo scorso 21 marzo, l'elicottero sperimentale Ingenuity si sta preparando per il suo primo tentativo di volo su Marte.

La NASA sta prendendo in considerazione la data dell'8 aprile per effettuare il primo tentativo di volo a motore controllato di un velivolo su un altro pianeta con l'elicottero Ingenuity. Prima che la piccola aeromobile da 1,8 chilogrammi possa tentare il suo primo volo, tuttavia, dovranno essere raggiunti una serie di traguardi impegnativi.

Ingenuity è attaccato alla pancia del rover Perseverance della NASA, atterrato su Marte lo scorso 18 febbraio. Il 21 marzo, il rover ha sganciato lo scudo di protezione di grafite a forma di una custodia da 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 disposto, Ingenuity avrà 30 giorni marziani, o sol, (circa 31 giorni terrestri) per condurre la sua campagna di voli di prova.

"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 di esplorazione di Marte. Allo stesso modo, vogliamo capire il potenziale di Ingenuity per il futuro della ricerca scientifica", ha affermato Lori Glaze, direttore della Divisione di scienze planetarie presso la sede della NASA. "Dal nome azzeccatissimo, Ingenuity è una dimostrazione tecnologica che punta a effettuare il primo volo a motore su un altro pianeta e, in caso di successo, potrebbe espandere ulteriormente i nostri orizzonti e ampliare la portata di ciò che è possibile fare con l'esplorazione di Marte".

Volare in modo controllato su Marte è molto più difficile che volare sulla Terra. Il pianeta rosso ha una gravità significativa (circa un terzo di quella della Terra), ma la sua atmosfera è densa solo l'1% di quella terrestre. 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 -90° C, il che può congelare e rompere i componenti elettrici non adeguatamente protetti.
Per rientrare negli alloggi disponibili forniti dal rover Perseverance, l'elicottero Ingenuity doveva essere di piccole dimensioni e, 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 del volo", ha affermato Bob Balaram, ingegnere capo di Mars Helicopter al JPL. "Già il suo dispiegamento sulla superficie sarà una grande sfida, ma sopravvivere quella prima notte su Marte da solo, senza che il rover lo protegga e lo mantenga alimentato, sarà ancora più grande."

Il dispiegamento dell'elicottero

Prima che Ingenuity possa spiccare il volo su Marte dovrà trovarsi esattamente al centro del suo campo d'aviazione: una zona 10 x 10 metri scelta per la sua piattezza e la mancanza di ostacoli. Una volta che i team dell'elicottero e del rover avranno confermato che Perseverance si trova esattamente dove vogliono che sia all'interno dell'area, inizierà l'elaborato processo per dispiegare l'elicottero sulla superficie di Marte.



"Come tutte le altre fasi, questo tipo di dispiegamento non è mai stato fatto prima", ha affermato Farah Alibay, responsabile dell'integrazione di Mars Helicopter per il rover Perseverance. "Una volta avviata la procedura, non si può tornare indietro. Tutte le attività sono strettamente coordinate, irreversibili e dipendenti l'una dall'altra. Se c'è anche solo 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."

Il processo richiederà circa sei sol. Nel primo sol, il team sulla Terra attiverà un dispositivo di rottura dei bulloni, rilasciando il meccanismo di blocco che ha aiutato a tenere saldamente l'elicottero contro la pancia del rover sia durante il lancio che nell'atterraggio su Marte. Il sol seguente, attiveranno 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 velivolo estenderà due delle sue quattro gambe di atterraggio.



Durante il terzo sol della sequenza di schieramento, un piccolo motore elettrico ruoterà Ingenuity finché non raggiungerà la posizione corretta, portando l'elicottero completamente in 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) effettuerà scatti di conferma a Ingenuity mentre si dispiega in modo incrementale nella sua configurazione di volo. Nella sua posizione finale, l'elicottero rimarrà sospeso a circa 13 centimetri sulla superficie marziana. A quel punto, solo un singolo bullone e un paio di dozzine di minuscoli contatti elettrici manterranno l'elicottero collegato a Perseverance. Al quinto sol del dispiegamento, il team sfrutterà l'ultima opportunità per utilizzare Perseverance come fonte di energia per caricare le sei celle della batteria di Ingenuity.

"Una volta tagliato il cavo con Perseverance e lasciato cadere sulla superficie, vogliamo che il nostro grande amico scappi il più rapidamente possibile in modo da poter lasciare che i raggi del sole colpiscano il pannello solare e inizino a ricaricare le batterie", ha detto Balaram.

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 si sia allontanato a circa 5 metri di distanza e che sia l'elicottero che il rover stiano comunicando tramite le loro radio di bordo. Questo darà il via ai 30 sol durante i quali dovranno 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 abbiamo obbiettivi di ottenere informazioni scientifiche. Siamo fiduciosi che tutti i dati ingegneristici che vogliamo ottenere sia sulla superficie di Marte che in volo possano essere eseguiti entro questa finestra di 30 sol".

Come per il dispiegamento, i team di elicottero e rover si avvicineranno metodicamente al test di volo. Se il team avesse dubbi o domande su un qualsiasi step prima del volo, potrebbe servire uno o più sol per arrivare a una conclusione. Se l'elicottero sopravvive alla prima notte sulla superficie di Marte, il team trascorrerà i prossimi sol facendo tutto il possibile per garantire un volo di successo, inclusa l'accensione le pale del rotore e la verifica delle prestazioni dell'unità di misura inerziale, oltre a testare l'intero sistema del rotore durante uno spin-up a 2.537 giri al minuto (mentre il carrello di atterraggio di Ingenuity rimane saldamente sulla superficie).

Il primo test di volo su Marte

Una volta che il team sarà pronto a tentare il primo volo, Perseverance riceverà e trasmetterà a Ingenuity le istruzioni di volo finali dai controllori di missione JPL. Diversi fattori determineranno la durata precisa del volo, inclusa la modellazione dei modelli di vento locale e le misurazioni effettuate dal Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) a bordo di Perseverance. Ingenuity avvierà 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 1 metro al secondo, l'elicottero rimarrà sospeso a 3 metri di altezza 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 un posto difficile", ha detto Aung. "Il nostro piano è quello di lavorare a tutte le sfide che il Pianeta Rosso ci lancia nello stesso modo in cui abbiamo gestito quelle 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 ebbe luogo il 17 dicembre 1903 sulle dune spazzate dal vento di Kill Devil Hill, vicino a Kitty Hawk, nella Carolina del Nord. Orville e 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, 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. Anche l'equipaggio dell'Apollo 11 fece volare un diverso pezzo di materiale, insieme a una piccola scheggia di legno dal Wright Flyer, sulla Luna durante la loro iconica missione nel luglio 1969.

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

Dello stesso argomento
  • Mars 2020: alcune cose da sapere su Ingenuity, il primo elicottero su Marte
    22 gennaio 2021
    Ingenuity, un esperimento tecnologico nuovo nel suo genere, si prepara a tentare il primo volo motorizzato e controllato sul Pianeta Rosso.
  • Ingenuity, il primo elicottero su Marte
    24 giugno 2020
    Il piccolo velivolo cercherà di dimostrare che il volo motorizzato e controllato è possibile su un altro pianeta. Ma il solo trasportarlo sulla superficie di Marte richiederà molta ingegnosità.
  • Mars 2020: Perseverance è atterrato con successo al cratere Jezero!
    19 febbraio 2021
    Il rover più grande e avanzato che la NASA ha inviato in un altro mondo è atterrato giovedì su Marte, dopo un viaggio di 203 giorni che ha attraversato 472 milioni di chilometri. La conferma del successo del touchdown è stata annunciata dal controllo della missione presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA alle 21:55 (ora italiana).
  • Mars2020: Perseverance è partito in direzione Marte!
    31 luglio 2020
    Alle 13:50 (ora italiana) di Giovedì 30 luglio, il rover Perseverance è partito a bordo di un razzo Atlas V in direzione Marte. Dopo le varie operazioni che hanno portato il veicolo spaziale in orbita di parcheggio, la navicella spaziale è stata sganciata verso il Pianeta Rosso.
  • Mars 2020: Ingenuity, l'elicottero che verrà caricato a bordo di Perseverance
    06 maggio 2020
    Durante le ultime fasi di preparazione al lancio del rover Perseverance nella finestra che si aprirà tra luglio e agosto, è stato caricato a bordo un elicottero che inizierà ad operare circa dopo due mesi e mezzo dall'atterraggio.