Итоги работы марсолёта Ingenuity на Марсе
Марсолёт NASA Ingenuity повредил одну из лопастей и больше никогда не полетит. Этот аппарат не имеет на борту научных инструментов и является лишь демонстратором технологий, но результаты его работы чрезвычайно важны для космонавтики.
В этой статье будет рассмотрен случившийся инцидент, итоги работы Ingenuity на Марсе, а также то, почему работа марсолёта имела огромное значение для науки и космонавтики.
Ingenuity на Марсе, снимок марсохода Perseverance. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSS.
Что произошло?
Последние 2 полёта Ingenuity (русс. «Изобретательность»), он же Mars Helicopter Scout (MHS, русс. «Марсианский вертолёт-разведчик»), оказались проблемными. Во время первого из них (71-й по счёту, 6 января), аппарат автоматически прекратил полёт из-за сбоя в навигационной системе, которая не смогла найти ориентиры в песчаном регионе. Во время 72-го по счёту полёта, который состоялся 18 января и представлял собой короткий вертикальный подъём на 12 метров для проверки систем после незапланированной ранней посадки во время предыдущего полёта, вновь начались проблемы. Ingenuity поднялся до нужной высоты, однако связь с ним прервалась до посадки по неизвестным причинам. Через 3 дня связь была внезапно восстановлена, однако первые же снимки с аппарата показали, что произошло разрушение одной из карбоновых лопастей из-за, видимо, удара о поверхность или выступ. Вполне возможно, что есть и иные повреждения.
Тень от повреждённой лопасти, снимок получен одной из камер Ingenuity. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSS.
На снимке можно заметить ямку, которая предположительно образовалась из-за удара лопастью, а также, видимо, её осколки. Лучше о ситуации мог бы узнать марсоход Perseverance (русс. «Настойчивость»), но он сейчас находится слишком далеко, чтобы попытаться сфотографировать Ingenuity на его теперь уже вечной стоянке. Если будет позволять рельеф, то ровер, видимо, будет направлен к марсолёту.
В ближайшее время будет проведён ещё ряд тестов систем дрона и передача оставшихся данных из его памяти.
Резкая потеря связи и её возобновление через несколько дней наталкивают на мысль, что причина кроется в проблемах с аккумуляторами Ingenuity. Из-за запылённости солнечных батарей обогрев аппарата был переведён в мае 2022 года на энергосберегающий режим, что неминуемо ускорило деградацию батарей и подвижных узлов Ingenuity. Впрочем, это лишь предположение, нужно дождаться результатов расследования NASA.
Что бы ни стало причиной аварии, миссия Ingenuity на Красной планете завершена.
Итоги и значимость работы Ingenuity на Марсе
Ingenuity был доставлен на Марс 18 февраля 2021 года вместе с марсоходом Perseverance (через него также осуществляется связь с марсолётом) в рамках миссии NASA Mars 2020, был установлен на поверхность ровером 3 апреля того же года, а свой первый исторический полёт совершил 19 апреля. Тогда Ingenuity взлетел примерно на 3 метра и, развернувшись в сторону марсохода, совершил успешную посадку.
Это не только первый в истории управляемый полёт летательного аппарата не на реактивной тяге на Марсе, но и за пределами Земли! Сделанные людьми аппараты летали без реактивной тяги и ранее — аэростаты в атмосфере Венеры, выпущенные советским зондом «Вега-1». Но их полёт был неуправляем.
Тень от Ingenuity. Фотография сделана марсолётом во время первого полёта. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSS.
Первый полёт подтвердил расчёты, сделанные ещё в ХХ веке — подобные аппараты могут летать в атмосфере Марса! Главная проблема связана с разреженностью атмосферы (давление у поверхности Марса составляет примерно 1/160 от земного (сильно колеблется в зависимости от времени года и региона), или равно земному на высоте почти 35 км). Но есть существенный плюс: сила тяжести на Красной планете в 2,6 раза ниже земной. Очевидно, что конструкция марсианских летательных аппаратов будет значительно сложнее земных. Например, у Ingenuity установлены соосные несущие винты с диаметром 1,2 м, скорость раскрутки которых доходит до 2700 оборотов в минуту (на практике обычно использовалась меньшая скорость)! Для сравнения, земные вертолёты редко раскручивают винты быстрее 300-400 об/мин. Впрочем, даже с такими показателями и в условиях земной силы тяжести они показывали потрясающие результаты, как, например, рекордный полёт в 1972 году на высоту 12442 м французского вертолёта Aérospatiale SA.315B Lama, пилотируемого Жаном Буле. Также Ingenuity имеет очень низкую массу — 1,8 кг, на его борту нет научных инструментов.
На этом снимке Ingenuity видны парашют и конусообразный обтекатель, сброшенные при посадке марсохода Perseverance 18 февраля 2021 года. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSS.
После первых 5 полётов и подтверждения правильности расчётов инженеров началась расширенная программа. У всех последующих полётов Ingenuity были следующие цели:
- разведка пути и поиск интересных мест для марсохода Perseverance;
- наработка опыта полётов, поиск проблем и уязвимостей конструкции, для чего инженеры начали испытывать более сложные и опасные манёвры.
Последнее было даже важнее, ведь Ingenuity — технологический демонстратор. Уже во время шестого полёта марсолёт столкнулся с первым сбоем в навигационной системе, из-за чего аппарат отклонился от заданного курса. Это было только начало неприятностей. После 13-го полёта возникли проблемы с автоматом перекоса винтов, её удалось исправить. Также постепенно солнечные батареи запылялись, выработка энергии падала, что привело к ещё одному сбою в мае 2022 года. Как раз тогда инженеры и изменили программу подогрева аккумуляторов Ingenuity, о чём упоминалось ранее. Включаться обогреватели начали при температуре -40 °C (ранее было -15 °C), а затем отключались, чтобы сэкономить заряд аккумуляторов ночью. Из-за этого после первой же ночи у Ingenuity отказал инклинометр — прибор для измерения крена и тангажа марсолёта, его функции начал выполнять инерциальный измерительный модуль, для чего было написано специальное обновление для программного обеспечения Ingenuity. В сентябре от марсолёта оторвался небольшой кусок, видимо, это была часть экранно-вакуумной изоляции. Работе аппарата это не помешало. В ноябре инженеры протестировали новое программное обеспечение, которое позволило Ingenuity самостоятельно искать себе подходящую посадочную площадку в местах с камнями и неровным рельефом. Ранее эти места заранее определяли специалисты по снимкам с марсохода Perseverance или орбитальных зондов, что было непросто. 53-й полёт вновь был автоматически прерван из-за ошибки в навигационной системе. Следующие крупные сбои случились в январе этого года и описаны ранее.
Если сбои в работе Perseverance — серьёзная проблема, то в случае с Ingenuity каждый из них оказывался ценнее многих его удачных полётов — недостатки выявлены на демонстраторе, а не на более важных для науки марсолётах, что сейчас создаются в США и Китае.
Снимок марсианской поверхности, сделанный Ingenuity во время своего 70-го полета. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSS.
Общее время полёта Ingenuity составило 128,8 минуты, общая длина горизонтального полета — 17 километров, максимальная высота полёта — 24 метра, максимальная скорость полёта — 10 метров в секунду, максимальная дальность полёта — 705 метров.
Жёлтым отмечен проделанный путь Ingenuity, белым — марсохода Perseverance. Жёлтые точки — места посадки марсолёта, голубыми значками отмечено текущее расположение аппаратов. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSS.
Полученный с помощью Ingenuity опыт будет бесценным для создания новых миссий. Планируется, что сразу два марсолёта будут использованы в совместной миссии Американского и Европейского космических агентств Mars Sample Return Mission (русс. «Миссия по возврату марсианских образцов»), которая, как видно из названия, предполагает доставку с Марса образцов грунта.
Два марсолёта Sample Recovery Helicopter, которые планируют доставить на Марс в рамках миссии Mars Sample Return. На иллюстрации можно также заметить Mars Science Helicopter. Credit: NASA/ESA.
Также ведутся работы по созданию Mars Science Helicopter (русс. «Марсианский научный вертолёт») — марсолёта с массой около 30 кг, который будет заниматься уже научными исследованиями.
Mars Science Helicopter, иллюстрация. Credit: NASA/JPL/ARC.
Не менее интересен и сложен проект самолёта Mars Aerial and Ground Global Intelligent Explorer (MAGGIE, русс. «Воздушный и наземный глобальный интеллектуальный исследователь Марса»), создание которого одобрено в январе текущего года. И хотя MAGGIE не очень похож на Ingenuity, часть опыта эксплуатации последнего также будет полезен.
MAGGIE, иллюстрация. Credit: NASA.
Созданием собственного марсолёта занимается и Китай. О проекте мало что известно кроме того, что он очень похож на Ingenuity.
Прототип китайского марсолёта. Credit: NSSC/CAS.
Миссия Ingenuity завершена, но он проложил дорогу для более сложных марсианских летательных аппаратов! В заключении остаётся поблагодарить всех, кто работал над марсолётом всё это время!
Author: Колпаксиди Александр Павлович.