La NASA sta preparando l’elicottero Ingenuity Mars per il primo tentativo di volo a motore controllato di un aereo su un altro pianeta, cosa che dovrebbe avvenire dall’8 aprile. Prima che il rotorcraft da 1,8 chilogrammi possa tentare il suo primo volo ci sono una serie di passi da percorrere.
Ingenuity rimane attaccato al ventre del rover Perseverance della NASA, che è atterrato su Marte il 18 febbraio. Il 21 marzo, il rover ha retratto lo scudo per detriti, composito di grafite, 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 30 giorni marziani, o sol, equivalenti a 31 giorni terrestri per condurre il suo volo di prova.
La gravità su Marte
“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 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. Il Pianeta Rosso ha una gravità significativa, circa un terzo di quella della Terra, ma la sua atmosfera in superficie è densa solo l’1% di quella della Terra. Durante il giorno marziano, la superficie del pianeta riceve solo circa la metà della quantità di energia solare che raggiunge la Terra durante e le temperature notturne possono scendere fino a meno 90 gradi Celsius, il che può congelare e rompere i componenti elettrici non protetti.
Per rientrare nella rimessa del 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.”
Il rilascio dell’elicottero
Prima che Ingenuity prenda il suo primo volo su Marte, deve trovarsi esattamente al centro del suo campo d’aviazione: una zona di 10 x 10 metri, scelta per la sua piattezza e la mancanza di ostacoli. Una volta che sarà confermato che Perseverance si trova esattamente dove vogliono, i ricercatori inizieranno 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 il dispiegamento 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.”
Il processo di spiegamento dell’elicottero richiederà circa sei sol (sei giorni, quattro ore sulla Terra). Nel primo sol, dalla Terra si 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 finché non si bloccherà, 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 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.
Controlli preliminari e test di volo
Al quinto sol di schieramento, il gruppo sfrutterà l’ultima opportunità per utilizzare Perseveran come fonte di alimentazione, caricando 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.
Nel sesto e ultimo sol in programma di questa fase di schieramento, il gruppo dovrà confermare tre cose: che le quattro gambe di Ingenuity sono saldamente sulla superficie del cratere Jezero, che il rover si è allontanato a circa 5 metri di distanza e che sia l’elicottero che il rover comunicano 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 il dispiegamento, i gruppi di ricerca si avvicineranno metodicamente al prossimo test di volo. Se il team non riesce a svolgere alcune operazioni o ha altri dubbi potrebbero essere necessari 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 il movimento delle 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/min.
Il primo test di volo su Marte
Una volta che la squadra è pronta 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 del vento locale e le misurazioni effettuate dal Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) a bordo di Perseverance.
Ingenuity farà funzionare i suoi rotori a 2.537 giri/min e, se tutti gli autocontrolli finali saranno buoni, decollerà. Dopo essere salito a una velocità di circa 1 metro al secondo, l’elicottero rimarrà sospeso a 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 della prima serie di dati tecnici di Ingenuity e, possibilmente, di immagini e video dalle telecamere di navigazione del rover e dalla Mastcam-Z.
Dai dati trasferiti in downlink quella prima sera dopo il volo, il gruppo 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 dati tecnici rimanenti raccolti durante il volo, così come alcune immagini in bianco e nero a bassa risoluzione dalla telecamera di navigazione dell’elicottero, potrebbero essere trasferiti a JPL. Nel terzo sol di questa fase, dovrebbero arrivare le due immagini riprese dalla telecamera a colori ad alta risoluzione dell’elicottero. Il gruppo di Mars Helicopter utilizzerà tutte le informazioni disponibili per determinare quando e come procedere con il prossimo test.
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.
