Ingenuity (drone)

Drone sperimentale integrato alla missione Mars 2020
Mars 2020
Mars Helicopter Scout
Emblema missione
Mars Helicopter JPL insignia.svg
Immagine del veicolo
Mars helicopter on sol 46.png
L'elicottero visto dal rover Perseverance al sol 46 dopo il suo dispiegamento sulla superficie marziana vicino a Van Zyl Overlook
Dati della missione
OperatoreJet Propulsion Laboratory
DestinazioneMarte
EsitoIn corso
VettoreRazzo Atlas V
Lancio30 Luglio 2020[1]
Luogo lancioCape Canaveral
Atterraggio18 febbraio 2021[2][3][4]
Sito atterraggioCratere Jezero
DurataIn programma: 60-90 sol (giorno di Marte)[3]
Proprietà del veicolo spaziale
Massa1,8 kg
CostruttoreJet Propulsion Laboratory, AeroVironment, Qualcomm e SolAero Technologies
Strumentazione
  • Telecamera di navigazione
  • Fotocamera a colori ad alta risoluzione[5]
Sito ufficiale

Il Mars Helicopter Scout, meglio conosciuto come Ingenuity,[6][7] è un elicottero drone che opera sul pianeta Marte nell'ambito della missione della NASA Mars 2020. È stato lanciato il 30 luglio 2020 all'interno del rover Perseverance ed è atterrato su Marte il 18 febbraio 2021 dopo una caduta durata circa 7 minuti. Si tratta del primo velivolo[8] "motorizzato" (nel 1985 i sovietici con la missione vega 1 e 2 fecero volare dei palloni ad Elio per 46 ore[9]) a volare su un altro pianeta[10].

Il velivolo ha portato su Marte, sotto i suoi pannelli solari, un frammento dell'ala di Flyer I, l'aeroplano utilizzato dai fratelli Wright per il loro primo volo sulla Terra[11][12]. L'omaggio è continuato nel momento in cui la NASA ha annunciato di aver denominato l'area sorvolata dal velivolo "Wright Brothers Field"[13], la quale ha poi ottenuto, in modo onorario, il codice aeroportuale ICAO JZRO[13]. Ingenuity stesso ha invece ottenuto, sempre in modo onorario, il codice vettore ICAO YGY[14].

Caratteristiche tecnicheModifica

Video del primo volo del drone su Marte

Data la sua natura di dimostratore tecnologico senza alcuna missione scientifica, è stato scelto di utilizzare gran parte delle tecnologie facilmente disponibili in commercio invece di soluzioni ad-hoc.[15]

L'elicottero misura alla fusoliera 14 cm[16], in totale 80 cm, con rotori del diametro di 1,2 m e, data l'elevata distanza dalla Terra, è dotato di guida autonoma che sfrutta per l'orientamento e la navigazione una combinazione dei dati di IMU, videocamera e altimetro laser, senza poter usare una bussola per la mancanza di un campo magnetico sul pianeta. Prima del volo viene stabilito l'assetto iniziale, grazie alle misure di un inclinometro, mentre al termine del volo un'immagine dalla videocamera di navigazione viene salvata e poi trasmessa alla Terra per potere successivamente determinare la posizione e l'orientamento dell'elicottero rispetto a un riferimento assoluto, grazie a un confronto con le caratteristiche del terreno conosciute,[17]

L'elaboratore si affida per la navigazione autonoma durante il volo a una CPU Qualcomm Snapdragon 801 e ad un sistema operativo basato su Linux, usati comunemente negli smartphone commerciali.[5][18]

Dotato di una massa di 1,8 kg (0,68 kgf su Marte), con l'accelerazione gravitazionale di Marte di 3,69 m/s² esso genera una spinta di oltre 6,642 N nell'atmosfera marziana, la cui densità è approssimativamente l'1% di quella terrestre: Per riuscirci usa due eliche coassiali controrotanti, con una velocità di 3000 giri al minuto (circa 10 volte quella di un elicottero normale).[5]

L'alimentazione è fornita da batterie agli ioni di litio ricaricabili tramite celle fotovoltaiche[19][20], con una potenza media di ~350 Watt durante il volo, che fornisce una autonomia di volo di 90 secondi per giorno marziano; impiegando mediamente 24 ore per una ricarica totale. Ingenuity ha una autonomia di volo di 300 metri e una quota di tangenza pratica di 5 metri.[21]

L'elicottero dispone di due videocamere: la prima a risoluzione VGA in bianco e nero e puntata in direzione nadir viene utilizzata per l'orientamento del rover e per la stime della velocità relativa al terreno, mentre la seconda, a colori, con una risoluzione di 4208x3120 e con un campo visivo di 45° in verticale e orizzontale, viene usata per le immagini di ritorno per l'analisi del terreno da Terra.[5]

La comunicazione con il rover è affidata al protocollo a bassa potenza ZigBee implementato su due chipset montati sul rover e sull'elicottero comunicanti a 900 Mhz. Il sistema di comunicazione è progettato per trasmettere dati a 250 kbit/s su distanze fino a 1000 m.[5]

MissioneModifica

 
Posizione di Ingenuity e Perseverance al 30 maggio 2021. Live NASA link here

Il drone ha affrontato il viaggio interplanetario e l'atterraggio il 18 febbraio 2021, posizionato sotto il rover. È stato liberato dal rover il successivo 3 aprile e, a partire dal 19 dello stesso mese, compirà, nell'arco di 30 giorni, una campagna di test di volo arrivando a qualche centinaio di metri di distanza, per una durata di massimo 90 secondi per ogni volo. In particolare nel primo test l'elicottero volerà verticalmente fino a 3 m di altezza per 30 secondi, durante i quali il rover si troverà ad una distanza di circa 100 metri[19][20][22].

Dopo un primo test del drone fallito il 9 aprile per un problema software[23], il 19 aprile 2021 alle 00:34 PDT, è stato compiuto il primo volo autonomo su Marte. Il drone è stato in volo stabilizzato a 3 metri dalla superficie per 30 secondi[13].

Il 30 aprile 2021 la missione inizialmente prevista per un mese soltanto, a partire dal primo volo, è stata estesa per ulteriori 4 mesi e nel settembre 2021, dopo aver terminato la fase dimostrativa, la missione è stata prorogata a tempo indeterminato.[24]

 
Animazione del volo del 5 settembre basata su fotogrammi ripresi dal rover Perseverance.
Dettaglio dei voli[25]
N° volo Data e Ora (UTC) Distanza orrizzontale percorsa [m] Descrizione Esito
1 19 aprile 2021 8:34 0 Ascensione a 3 m con velocità verticale di 1 m/s, volo stazionario per 30 secondi e ridiscesa sempre ad 1 m/s[26] Riuscito
2 22 aprile 2021 11:15 4 Volo a 5 m di altezza e qualche metro di distanza[27] Riuscito
3 25 aprile 2021 2:12 100 Distanza portata a 50 metri e ritorno al punto di partenza Riuscito
4 29 aprile 2021 16:46 CEST 0 Il software di bordo non è passato alla modalità aerea. Fallito
4 30 aprile 2021 16:46 CEST 266 Volo andata e ritorno a 133 m dal punto di decollo (totale 266 m percorsi) Riuscito
5 7 maggio 2021 129 Viaggio di sola andata verso il nuovo punto di atterraggio (circa 600 m percorsi)[28] Riuscito
6 23 maggio 2021 215 Primo volo di una seconda fase di missione. C'è stato un piccolo problema ad una telecamera che però non ha pregiudicato il risultato complessivo del test[29][30] Riuscito
7 6 giugno 2021 0 Il software di bordo non è passato alla modalità aerea. Fallito
7 8 giugno 2021 106 Riuscito
8 21 giugno 2021[31] 160 Riuscito
9 5 luglio 2021 625 Volò sopra Séítah, un potenziale luogo di ricerca nel cratere Jezero. Questo volo ha messo a dura prova il sistema di navigazione, che prevedeva un terreno pianeggiante mentre quello di Séítah era costituito da dune di sabbia irregolari. Per questo motivo l'elicottero ha volato più lentamente sulle regioni più impegnative. Riuscito
10 24 luglio 2021 233 Riuscito
11 5 agosto 2021 383 Riuscito
12 16 agosto 2021 450 Riuscito
13 5 settembre 2021 210 Riuscito
14 16 settembre 2021 0 Il tentativo di volo a 2700 giri/min è stato automaticamente annullato a causa di un'anomalia del servomotore. Fallito
14 24 ottobre 2021 2 Breve verifica della rotazione del rotore a 2700 giri/min, necessaria durante la bassa densità atmosferica stagionale Riuscito
15 6 novembre 2021 407 Riuscito
16 21 novembre 2021 116 Riuscito
17 5 dicembre 2021 187 C'è stata una perdita di comunicazione con il rover durante la discesa finale, a circa 3 m dal suolo, ma in base alla telemetria disponibile è stato affermato che l'elicottero fosse in posizione verticale, poiché i suoi pannelli solari caricavano le batterie, cosa impossibile se l'elicottero fosse atterrato su un fianco. Il JPL ha affermato che la causa dell'interruzione della comunicazione tra rover ed elicottero era da attribuire alla morfologia del terreno e alla posizione di Perseverance. Riuscito
18 15 dicembre 2021 230 Riuscito
19 7 gennaio 2022 63 Volo che porta l'elicottero fuori dal bacino di South Séítah, nel Cratere Jezero, superando la cresta per atterrare nell'altopiano centrale.[32] Riuscito

NoteModifica

  1. ^ Marte, più solidi gli indizi di vita e Mars 2020 è pronta al lancio, su ansa.it.
  2. ^ Alberto Zampieron, Prende forma il rover marziano del 2020, su astronautinews.it, 16 luglio 2016.
  3. ^ a b (EN) Panoramica missione, su mars.nasa.gov.
  4. ^ (EN) NASA, Landing Toolkit: Perseverance Rover - NASA Mars, su mars.nasa.gov, 18 gennaio 2020. URL consultato il 19 febbraio 2021.
  5. ^ a b c d e (EN) J. (Bob) Balaram, Timothy Canham, Courtney Duncan, Matt Golombek, Håvard Fjær Grip, Wayne Johnson, Justin Maki, Amelia Quon, Ryan Stern e David Zhu, Mars Helicopter Technology Demonstrator (PDF), in AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference, 2018, DOI:10.2514/6.2018-0023. URL consultato il 3 maggio 2021.
  6. ^ L’elicottero Ingenuity della NASA ha volato su Marte: è la prima volta nella storia, su scienze.fanpage.it, 19 aprile 2021.
  7. ^ Su Marte fallito il volo del drone-elicottero Ingenuity, su ansa.it, 30 settembre 2021.
  8. ^ Per l'esattezza la prima aerodina a sostentazione aerodinamica.
  9. ^ mars helicopter, su youtube.com.
  10. ^ Veritasium, First Flight on Another Planet!, su youtube.com (archiviato dall'url originale il 28 luglio 2020).
  11. ^ (EN) mars.nasa.gov, The Wright Brothers, su NASA’s Mars Exploration Program. URL consultato il 19 aprile 2021.
  12. ^ (EN) Mike Wall 24 March 2021, Mars helicopter Ingenuity carries piece of Wright brothers' famous plane, su Space.com. URL consultato il 19 aprile 2021.
  13. ^ a b c (EN) mars.nasa.gov, NASA's Ingenuity Mars Helicopter Succeeds in Historic First Flight, su NASA’s Mars Exploration Program. URL consultato il 19 aprile 2021.
  14. ^ (EN) Nasa successfully flies small helicopter on Mars, in BBC News, 19 aprile 2021. URL consultato il 19 aprile 2021.
  15. ^ (EN) How NASA Designed a Helicopter That Could Fly Autonomously on Mars, su IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News, 17 febbraio 2021. URL consultato il 2 maggio 2021.
  16. ^   INAF, Gli ultimi 13 centimetri di Ingenuity, su YouTube, 25 giugno 2020.
  17. ^ (EN) Håvard F. Grip, Johnny Lam e David S. Bayard, Flight Control System for NASA's Mars Helicopter, in AIAA Scitech 2019 Forum, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 7 gennaio 2019, DOI:10.2514/6.2019-1289. URL consultato il 19 settembre 2021.
  18. ^ 4 Android Smartphones With as Much Power as NASA's Mars Helicopter, su pcmag.com.
  19. ^ a b Un elicottero drone per Mars 2020, su focus.it, 19 settembre 2018.
  20. ^ a b Un elicottero su Marte nella prossima missione NASA, su medium.com, 19 settembre 2018.
  21. ^ Mars Helicopter- NASA, su mars.nasa.gov, 20 gennaio 2020.
  22. ^ (EN) Mars Helicopter a new challenge for flight (PDF), su jpl.nasa.gov, 19 settembre 2018.
  23. ^ (EN) NASA/JPL, Mars Helicopter Flight Delayed to No Earlier than April 14, su mars.nasa.gov. URL consultato il 19 aprile 2021.
  24. ^ Ingenuity Is So Good, NASA's Mars Helicopter Mission Just Got an Exciting Update, su sciencealert.com, 6 settembre 2021.
  25. ^ (EN) mars.nasa.gov, Mars Helicopter, su mars.nasa.gov. URL consultato il 20 luglio 2021.
  26. ^   Ingenuity Mars Helicopter Preflight Briefing, NASA Jet Propulsion Laboratory, 9 aprile 2021.
    «livestream della conferenza stampa su YouTube»
  27. ^ NASA’s Ingenuity Mars Helicopter Logs Second Successful Flight, su nasa.gov, 22 aprile 2021.
  28. ^ Ingenuity vola a sud, su media.inaf.it, 8 maggio 2021.
  29. ^ (EN) Mars helicopter Ingenuity experiences anomaly on 6th flight, but lands safely, su space.com, 28 maggio 2021.
  30. ^ piano di volo riuscito nonostante la non acquisizione di un'immagine che ha portato a sensibili oscillazioni dell'elicottero.
  31. ^ (EN) NASA's Ingenuity Helicopter to Begin New Demonstration Phase, su mars.nasa.gov, 3 maggio 2021.
  32. ^ Ingenuity abbandonerà South Séítah con il volo 19, ma non prima del 7 gennaio, su hdblog.it, 6 gennaio 2022.

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