Эта статья входит в число хороших статей

Ingenuity

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ingenuity
«Изобретательность»
Mars Helicopter Scout
Ingenuity на Марсе
Ingenuity на Марсе
Тип вертолёт
Планета Марс
Экспедиция Марс-2020
Разработчики Лаборатория реактивного движения,
AeroVironment, SolAero,
Lockheed Martin Space[1]
Бюджет 85 млн $[2]
Задачи исследование Марса
Базовый аппарат, дата посадки Персеверанс
18.02.2021 20:55 UTC
Дата первого полёта 19.04.2021 07:34 UTC
Дата последнего полёта 24.10.2021
Суммарный налёт
Рейсов 14
Метров 2881 м[3]
Часов 00:24:29
Технические характеристики
Масса 1,8 кг[4]
Грузоподъёмность 0
Габариты фюзеляжа 136×195×163 мм
Общая высота 490 мм
Движитель Лопастной винт
Лопасти 2 пары, ∅ 1210 мм[5][6]
Панель солнечных батарей
Габариты панели 425×165 мм (680 см²)
Площадь элементов 544 см²[7]
Дата подключения 03.04.2021
Автономное энергообеспечение
Аккумуляторы 6 элементов Sony VTC4
Ёмкость 35,75 Вт⋅ч[7] (128,7 кДж)
Мощность 350 Вт[8]
Время подзарядки несколько часов
Лётные характеристики
Дальность полёта 300 м; факт. 625 м[3]
Высота полёта 12 м[3]
Скорость полёта 10 м/с; факт. до 5 м/с[3]
Скороподъёмность 4 м/с (макс. на 08.06.2021[9])
Скорость снижения 1 м/с
Эксплуатационные характеристики
Скорость вращения винта 2400÷2900[4] об./мин.
Предел удаления по связи 1000 м[7]
Ресурс шасси 100 посадок[10]
Критическая температура –15°C[7]
Средства инерциальной навигации
Код ИКАО IGY
mars.nasa.gov/technology…
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Ingenuity (с англ. — «Изобретательность»), Индженьюити[11][12]; проектное название до апреля 2020 года[13] Mars Helicopter Scout (с англ. — «Марсианский вертолёт-разведчик») — роботизированный беспилотный вертолёт, совершивший 19 апреля 2021 года полёт на Марсе, став первым летательным аппаратом с собственным двигателем, предназначенным для многократных полётов в атмосфере другого небесного тела. Первый в истории неуправляемый полёт в атмосфере другой планеты совершил в 1985 году советский аппарат «Вега-1» на Венере[14].

На протяжении нескольких лет разрабатывался за рамками программы «Марс-2020» и вне её бюджета[15]; не входил в число семи инструментов марсохода, утверждённых в июле 2014 года[16]. Включён в программу экспедиции только 11 мая 2018 года[17] в качестве образца для демонстрации технологии полётов на протяжении пяти показательных рейсов (англ. technology demo)[18][8]. Накануне их завершения, 30 апреля 2021 года было решено продолжить полёты в порядке «демонстрации возможностей» использования вертолётов как вспомогательных средств (англ. operations demo) для марсоходов[19], под чем в экспедиции «Марс-2020» понимается предварительное цветное фотографирование местности.

На момент запуска НАСА вложило в создание Ingenuity 85 млн долларов США[2]. В начале сентября 2021 года финансирование эксплуатации вертолёта было продлено на неопределённый срок[20].

Описание конструкции аппарата[править | править код]

Габариты элементов конструкции[8]
Элементы Габариты, мм
Общая высота 490
Фюзеляж (д, ш, в) 195×163×136
в том числе платформа ~190×~160×~30[21]
Клиренс ~130[8]
Длина стойки шасси 384
Панель солнечной батареи 425×165[22]
Подвеска Ingenuity
Колонка соосных винтов

Несущим элементом конструкции аппарата служит крестообразная платформа, поставленная на раскосые стойки, расходящиеся примерно под ~45°. Каждая стойка сопряжена со своей балкой крестовины через амортизаторы. Сверху на середину крестовины установлена колонка соосных винтов вертолёта (диаметр лопастей 1210 мм), поверх которой прикреплена панель солнечных батарей размером 425×165 мм[7].

Снизу к платформе подвешен обтянутый термозащитной плёнкой фюзеляж в форме параллелепипеда. Передней гранью фюзеляжа считается та, на нижнее ребро которой выведена обзорная камера RTE, и в направлении которой смещена относительно оси симметрии камера NAV. Общая его высота составляет 13,6 см, из них около 10,5 см — термоизолированная камера авионики и около 3 см несущая платформа. Каждая стойка при длине 38,4 см (без кольца амортизатора), находясь в наклонном положении, обеспечивает просвет около 13 см между днищем фюзеляжа и горизонтальной плоскостью опоры.

При недостаточной точности измерений, получаемых от средств инерционной навигации, в отсутствие средств регистрации местоположения вертолёта в полёте реконструкция его движения производится на Земле по послеполётным фотографиям[23]. Важную роль в определении местоположения вертолёта в пространстве играют размеры и форма отбрасываемой им тени, а также её местоположение на снимке. Так, из того, что панель солнечной батареи вытянута вдоль самых длинных (195 мм) граней фюзеляжа и продольной оси вертолёта, следует: если фюзеляж развёрнут к объективу одним из бортов, то солнечная панель будет просматриваться на кадре, как самый широкий после лопастей элемент общего контура вертолёта. По своей ширине солнечная батарея, а также «передняя» и «задняя» грани фюзеляжа (163 мм) примерно равны, так что в проекции панель полностью перекрывает фюзеляж в виде сверху или снизу[7].

Поскольку оптическая ось навигационной камеры NAV перпендикулярна плоскости днища фюзеляжа, то размер выступа его тени за тень панели и смещение этого выступа относительно центра панели складываются за счёт: 1) высоты Солнца над горизонтом, 2) отклонения оси аппарата от вертикали и 3) наклона поверхности, на которую его тень спроецирована[a]. Как таковой, соосный вертолёт может с равным успехом двигаться любой стороной фюзеляжа вперёд: программа обработки изображений, поступающих от камеры NAV, немедленно учитывает все повороты фюзеляжа. В 6-м и 10-м рейсах некоторые отрезки Ingenuity проходил «боком вперёд», а трассу 11-го полёта и вовсе прошёл «задним ходом», развернувшись после набора высоты на 180°[24].

Небольшая асимметрия позволяет различать «переднюю» и «заднюю» стороны фюзеляжа. Задние и правый передний «башмачки» стоек одинаковы и имеют форму копытец, тогда как левый передний имеет кольцеобразное завершение — его верхняя часть видится по левому краю фотографий с RTE чуть выше, чем «копытце» правой передней стойки. Антенна на панели солнечной батареи смещена по продольной оси вертолёта от центра мачты к «хвосту», то есть в сторону, противоположную «колечку» на левой передней стойке шасси[25].

Особенности воздухоплавания на Марсе[править | править код]

Основные природные факторы[править | править код]

Все небесные тела, окружённые газовой оболочкой, имеют единую физическую предпосылку воздухоплавания — закон Бернулли о подъёмной силе, препятствующей свободному падению движущегося летательного аппарата. Однако возможность её реализации на каждом небесном теле зависит от качественных характеристик воздушной среды и силы тяжести, которую предстоит преодолеть. Для Земли и Марса сопоставляемые параметры складываются следующим образом[26]:

Параметр Единицы
измерения
Земля
(N2 + O2)
Марс
(N2 + CO2)
Плотность атмосферы, ρ кг/м³ 1,225 0,017
Температура, T +15 -50
Динамическая вязкость, μ Ns/м² 0,0000175 0,0000113
Скорость звука, α м/с 340,3 233,1

По-разному формируются и основные критерии подобия, используемые в таких противопоставлениях: число Маха и число Рейнольдса. Размах лопастей и скорость вращения винта нельзя наращивать беспредельно: кончики лопастей не должны двигаться быстрее скорости звука. Ingenuity выходит на 0,8 Маха при достижении 2800 об./мин., однако на Земле испытания на разрушение аппарата от резонанса при сопутствующем нарастании механических вибраций не проводились[24].

Появлению Ingenuity способствовала, в том числе, описанная Ларри Янгом в статье 1997 года[27] особая геометрия лопастей, максимально использующая потенциал подъёмной силы.

Сезонная динамика атмосферного давления в кратере Гейла (данные за полгода с середины августа 2012 по конец февраля 2013 года)

Ещё метеостанция Curiosity зафиксировала как сезонные, так и суточные колебания атмосферного давления при широкой амплитуде. Так, вырастая до 780 Па в утренние часы, к вечеру оно падает до 700 Па и ниже[28].

По этой причине вертолёт обычно стартует около полудня по марсианскому времени. В первые месяцы при плотности воздуха 0,0145 кг/м³ роторы обеспечивали 30%-е превышение тягового усилия над взлётным весом при необходимых 20-30%. Однако к осени 2021 года началось сезонное снижение плотности воздуха. Критическая цифра здесь составляет 0,012 кг/м³, при которых более, чем на 8 %, приращение тяги не увеличить, и вертолёт оказывается в аэродинамическом застое, когда даже увеличение скорости оборотов не приведёт к взлёту. Таким образом, грузоподъёмность аппарата, движущегося «по закону Бернулли», в разреженной атмосфере Марса крайне мала, а сама возможность полёта дополнительно ограничивается сезонными и суточными локальными вариациями показателей атмосферы[24].

Термоизоляция не снимает необходимости постоянной подачи тепла к устройствам жизнеобеспечения аппарата, работающего на Марсе. Пределом необходимого для этого увеличения массы летательного аппарата является создаваемая им подъёмная сила, что ставит перед конструкторами непростую оптимизационную задачу. В опасении охлаждения Ingenuity ниже −15 °C на его обогрев в расчётах был заложен 21 Вт⋅ч, или почти 60 % из 35,75 Вт⋅ч вырабатываемой им энергии[7]. Фактически мощностей с избытком хватает и для полётов, и для обогрева в промежутках между ними[29]

Управление аппаратом и навигация на Марсе[править | править код]

Из-за значительного времени прохождения сигналов вся космическая техника, предполагающая управляемое движение на других планетах, в отсутствие человека может функционировать только в режиме программируемого дистанционного управления. И марсоходы, и летательные аппараты принимают с Земли предварительно составленную программу движения, и лишь много часов спустя Земля получает их отчётную телеметрию[8].

Высадка на Марс пришлась на неблагоприятную для коммуникаций фазу совместного движения Марса и Земли вокруг Солнца, когда расстояние между планетами с каждым днём нарастало. В начале апреля оно составляло 1,7 а.е. (около 260 млн. км)[30], которые радиосигнал проходил за 14 минут. В начале октября задержка превысит уже 22 минуты, а 8 октября 2021 года в 06:35 московского времени (03:35 UTC) удаление достигнет максимума 2,63 а.е. (более 400 млн км) — Солнце окажется на одной линии с Землёй и Марсом, в положении так называемого верхнего соединения. Вести радиообмен из-за такого мощного заслона невозможно: на пути радиоволн оказывается не только Солнце, но и его корона[31][32].

Колонка соосных роторов

Вариант колонки до 2020 года[33]
Окончательный вариант

НАСА встречается с этой проблемой не впервые. Предыдущее соединение в апреле 2013 года пришлось на 240-й сол экспедиции Curiosity — «старшего брата» Perseverance, когда связь со всеми марсоходами JPL прекратила почти на месяц (с 4 апреля по 1 мая), а со спутниками (MRO и «Одиссей») с 9 по 26 апреля 2013 года[34]. На сей раз НАСА сократило сроки моратория на подачу команд всем аппаратам на Марсе и вокруг него до 12 дней, между 2 и 14 октября 2021 года (азимут Марса по Солнцу не менее 2 градусов)[35]. Позже JPL заявила о прекращении подачи команд роверу в период с 28 сентября по 17 октября 2021 года (217-235 солы)[36]

Традиционные способы определения местоположения воздушного судна в пространстве для марсианского воздухоплавания не подходят: слабость и неустойчивость магнитного поля Марса не позволяет использовать компас, а гироскопические приборы типа авиагоризонта и средства ориентации по Солнцу выходят за пределы грузоподъёмности марсолёта. Вместе с тем, воздушная навигация необходима здесь в полном наборе инструментов определения навигационных элементов (высота, скорость курс и т.п.) и приёмов коррекции маршрута. Ветры на Марсе малопредсказуемы, и наличие метеостанции (на Perseverance — MEDA) обязательно. Большинство рейсов Ingenuity проходили при ветрах 4-6 м/с; по косвенным данным об осцилляциях в полёте сила ветра возрастает с высотой[37].

В условиях этих ограничений управление полётом осуществляется исключительно по данным, поступающим по ходу движения в программу от средств инерциальной навигации[38] и визуальной одометрии[39]. Перед взлётом оба акселерометра Bosch BMI-160 проходят калибровку: текущие значения наклона днища фюзеляжа к идеальной поверхности, полученные от трёхосевого инклинометра Murata SCA100T-D02, выстраивают истинную вертикаль для всего полёта. Низкая точность, присущая устройствам инерциальной навигации, основанным на микроэлектромеханических схемах (MEMS), требует дополнительных входящих навигационных данных для сдерживания накопления ошибок[40]. Для вертикальной оси их источником служит лидар, а в плоскостной составляющей навигационная камера, отслеживающая смещение ориентиров в предположении ровной поверхности без уклона[23].

Текущие значения крена и тангажа рассчитываются путём пересчёта данных по ускорениям от акселерометров; — «это разновидность счисления места (англ. dead reckoning) при навигации, когда вы измеряете пройденное расстояние, подсчитывая шаги»[37]. Во время полёта из-за неточности исходных данных они в абсолютные цифры не пересчитываются. Кадры навигационной камеры передаются на Землю, где для каждого из них с помощью ориентиров, известных по прежним снимкам HiRISE, реконструируется абсолютное местоположение и азимут курса[41].

В отличие от акселерометра и инклинометра, одинаково эксплуатируемых и на Марсе, и на Земле в одних и тех же функциях, использование дальномера Lidar Lite v3 в функции бортового высотомера марсианского вертолёта проблематично. На наземных дронах Lidar устанавливается в комплекте с гироскопом, дистанционно подключаемым при необходимости выравнять луч лазера по истинной вертикали, и отключаемым при прохождении участков, на которых отклик лидара может дезориентировать автопилотирование[42]. На Ingenuity лидар жёстко вмонтирован в днище, что исключает его перевод в режим альтиметра «земными средствами». Такая конструкция не приспособлена к полётам над местностью с обилием гряд, валов и других поверхностей, отражающих сканирующий луч в произвольных направлениях — «навигационная система Ingenuity изначально создавалась для короткой программы полётов над плоской или близкой к тому поверхностью»[43]. Для длительного же перелёта над низиной Сейтах пришлось блокировать реакцию программы полёта на информацию от лидара о неровностях на поверхности[44].

Благодаря картографированию Марса, проводимому с начала 2000-х годов, для водителей марсоходов XXI века Марс — не terra incognita, а подготовленное рабочее место, известное сегодня по снимкам HiRISE и другой уникальной аппаратуры в подробностях до 30 см на пиксел[45]. К экспедиции Марс-2020 Геологическая служба США (USGS) дополнила эту базу знаний моделями рельефа местности (Digital Terrain Models, DTM). Их использование не закончилось управляемой посадкой в кратер Езеро: USGS cообщила, что эти карты будут также базовыми в планировании последующих перемещений на Марсе в рамках всего проекта Марс-2020[46], охватывая и марсоход с его системой автонавигации, и вертолёт, полёты которого планируются по моделям местности DTM, построенным на основе карт HiRISE. По составу приборов и датчиков Ingenuity не может содействовать их уточнению. Наоборот: координатная привязка кадров NAV производится post factum, по завершении каждого полёта[23], через триангуляцию по объектам, попавшим в кадр. Если каждый кадр от Perseverance заносится в базу фотоснимков НАСА со всем набором данных геопозиционирования камеры и угла её наклона к истинной вертикали, то в снимках от Ingenuity эти параметры, и даже азимут, не заполнены[47].

Приборное оборудование[править | править код]

Печатные платы блока бортовой электроники вертолёта[48]

Бортовая электроника вертолёта размещена на пяти примерно одинаковых по размеру печатных платах, заказанных у компании SparkFun Electronics[49] и смонтированных на каркасе в форме куба, подвешенного к нижней части несущей платформы (крестовины) фюзеляжа (шифр ECM, англ. Electronic Core Module). По центру каркаса, внутри куба, расположена связка 6 аккумуляторов с термостатом и нагревателем. По пяти граням куба ECM размещены[50]:

  • плата интерфейса батарей BIB (англ. Battery interface board); смонтирована в нижней грани куба ECM, и в наземных условиях легко демонтируется для замены батарей. Остальные четыре платы расположены по боковым граням модуля:
  • плата энергоснабжения вертолёта HPB англ. Helicopter power board — два преобразователя DC/DC, регулирующие напряжение батарей между 3,3 В и 5 В.
  • плата управления полётом FCB (англ. FPGA / Flight control board) — два двухъядерных (ARM Cortex-R5F) процессора Hercules от Texas Instruments.
  • плата навигации и сервоприводов NSB (англ. NAV/Servo carrier board) — два четырёхъядерных 2,45 ГГц процессора Snapdragon 801 (один резервный[51]), операционная система Linux. «Snapdragon» также используется, как графический процессор при обработке потока изображений от камер. На этой же плате расположены микросхемы, управляющие шестью сервоприводами.
  • плата телекоммуникаций TCB (англ. Telecom board) — модуль SiFlex2 от LS Research, а также 16-разрядный 8-потоковый аналого-цифровой преобразователь, чипы термодатчика, обогревателя и ряд других микросхем.

По суммарной вычислительной мощности Ingenuity значительно превосходит Perseverance[49]. При подсчёте процессоров следует иметь в виду, что на Ingenuity, как и на марсоходах НАСА[52], имеется «резервный компьютер», задействуемый при выходе электроники из строя[51]. Программная платформа F Prime (аббр. F´), использующая открытый исходный код, была разработана в JPL и используется на микроспутниках формата кубсат и пр[53][54]. Однако «потеря маркера файла» в рейсе № 6, повлекшая за собой аномалии в подсистеме управления полётом и последующее отключение в 7 и 8 рейсах подсистемы получения и обработки цветных изображений, как предположительно вызвавшую сбой[55], показала, что недоработки в использовании этого потенциала могут свести на нет любое формальное превосходство по суммам показателей вычислительной техники.

Проверка аппарата в Центре имени Кеннеди
Монтаж Ingenuity на днище марсохода

Как и первый в мире искусственный спутник Земли, первый в мире внеземной летательный аппарат создавался, как прототип. Рабочие испытания прототипов состоят в проверке на практике расчётов и технических решений, часто при простейшей комплектации вспомогательных элементов и узлов. Как и разработчики первого советского спутника, американские инженеры укладывались в жёсткие ограничения по весу и габаритам изделия. На борту Ingenuity нет приборов для выполнения научных задач, не имеющих прямого отношения к полёту, как таковому.

В отличие от первых ИСЗ, вертолёт для Марса создавался в эпоху высокоразвитой электронной индустрии и робототехники, с широким рынком продукции как военного, так и гражданского назначения. Нормативный акт 48 CFR законодательства о регулировании федеральных закупок позволяет НАСА приобретать продукцию также и на рынке товаров широкого потребления, обозначаемом аббревиатурой COTS (англ. Commercially available off-the-shelf, коммерчески доступные в розничной сети)[b]. Закупки продукции COTS (а не по специальным «оборонным» заказам) иногда оправдывают тем, что многолетний массовый выпуск устойчивых серийных моделей для гражданского рынка даёт известные гарантии надёжности и качества[49]. На рынке COTS закуплены все датчики, устройства питания и радиосвязи вертолёта[56].

Приборное оборудование вертолёта размещено между двумя блоками датчиков[c], верхним и нижним. Верхний блок датчиков (англ. Upper Sensor Assembly) находится вблизи центра масс аппарата, где на несущей «мачте» конструкции между ротором и подвеской блока ECM размещены: миниатюрный (2,5×3×0,8 мм) инерциальный датчик Bosch Sensortech BMI160[57], применяемый в смартфонах и игровых контроллерах[58] и используемый в функциях акселерометра и гироскопа, а также инклинометр SCA100T-D02 японской фирмы Murata весом 1,1 г, размерами 15,6×11,3×5,1 мм и точностью измерений ±0,86°[59], используемый для замера наклона перед взлётом[58]. Оба устройства виброизолированы от работающего ротора.

Нижний блок датчиков (англ. Lower Sensor Assembly) находится под кубом ECM, прилегая к днищу фюзеляжа. Помимо второго инерциального датчика Bosch и обеих видеокамер здесь размещается альтиметр (в документации LRF, англ. laser rangefinder, лазерный дальномер) — 50 Гц лидар Lite v3 фирмы Garmin[60][58] с габаритами 20×48×40 мм и массой 22 г. По паспортным данным устройство работоспособно в диапазоне температур от −20° до +60 °C на расстоянии не более 40 метров[61], соответственно ограничивая предельную высоту полёта Ingenuity.

Оптические приборы[8][60]
Наименование Шифр Тип затвора Оптический модуль Матрица Разрешение,
мрад на пиксель
Ориентация
к горизонту
Область пересечения кадров Размещение
(вид со стороны днища)
Обзорная
камера
RTE центральный
(global
shutter)
O-film Bayer
47°×47°
Sony IMX 214 цветная
13 Мп 4208×3120
0,26 -22° FOVs intersection of Ingenuity helicopter cameras.png PIA23969-MarsPerseveranceRover-HelicopterBottom-20210120.jpg
Навигационная
камера
NAV сканирующий
(rolling
shutter)
Sunny
133°×100°
Omnivision OV7251 ч/б
0,5 Мп VGA 640×480
3,6 -180°
(надир)

Съёмки на земле с высоты ~13 см

Цветная обзорная камера RTE
Чёрно-белая навигационная камера NAV

Оптические приборы Ingenuity также представляют собой стандартную продукцию широкого потребления.

Съёмки горы Кодьяк камерами Perseverance и Ingenuity

Perseverance, камера Mastcam, с расстояния 2,3 км (4-й сол)
Perseverance, камера Supercam, с расстояния 2,4 км (77-й сол)
Ingenuity, с расстояния 2,1 км (91-й сол)

Для навигационной камеры (шифр NAV) выбран оптический модуль производства Sunny с полем зрения 133°(h)×100°(v) и матрицу Omnivision OV7251 VGA 640×480. Снимки, сделанные с минимального расстояния (клиренс ~13 см), показывают неодинаковость искажений по краям линзы.

Скорость съёмки синхронизируется с вращением винтов и составляет 1 кадр на 21 оборот; так что при рабочих 2537 об./мин (~42,3 об./с) эксплуатационная частота кадров составляет примерно 2 кадра в секунду[62]. Для 14-го полёта, в котором испытывался режим, форсированный до 2700 об./мин., частота съёмки кадров была увеличена до 7 кадров в секунду[63].

Аббревиатура обзорной камеры (шифр RTE; англ. Return-to-Earth, буквально «вернуть на Землю») подразумевает, что сделанные ею снимки вертолётом не востребуются и подлежат передаче в ЦУП в составе послеполётной телеметрии. Оптический модуль O-film с полем зрения 47°×47° проецирует изображение на цветную 4208×3120 матрицу Sony IMX 214 с фильтром Байера. Оптическая ось NAV перпендикулярна плоскости днища фюзеляжа и направлена вниз (на надир), а у RTE она направлена под горизонт под углом 22° (примерно 1/16 окружности). Этим создаётся область пересечения размером около 30°×47°, которую можно использовать для взаимоувязки снимков обеих камер при послеполётной обработке. Оптика защищена от пыли прозрачными стёклами. Перед трансляцией на Землю изображения сжимают по алгоритму JPG. [60].

Камера RTE уступает камерам Perseverance уже по размеру матрицы: 20-мегапиксельные Navcam и HazCam располагают по 5120x3840 px при углах обзора 96°x73° и 136°x102° соответственно. Деградация заднего плана в отсутствие зума для укрупнённой съёмки удалённых объектов не позволяет назвать цветные кадры от Ingenuity в полной мере высококачественными. Несопоставимы и объёмы фоторазведки целей: Perseverance и панорамирует местность, и проводит укрупнённую съёмку выбранных объектов ежедневно, высылая на Землю несколько сотен кадров[64], тогда как Ingenuity доставляет из рейса не более 10 фотографий с частотой 1 раз в 2-3 недели[65].

Станция связи на «Персеверанс»

Место монтажа блока (в верхней части полости)
Антенна на приставной скобе
Электротехника

Источником энергии служит батарея оптимизированных для солнечного спектра Марса фотоэлементов суммарной площадью 544 см², смонтированных на панели площадью 680 см² (её габариты 425×165 мм примерно такие же, как у клавиатуры настольного компьютера). На панель выведены разъёмы для разовой подзарядки батарей от энергосистемы марсохода, разъединённые перед выгрузкой вертолёта на поверхность Марса[7]. 15 января 2020 года сотрудники JPL Chris Lefler и Josh Ravich[66] прикрепили к обратной стороне панели солнечных батарей заламинированный в защитную плёнку фрагмент муслина размером 1,3×1,3 см, которым было обшито крыло самолёта «Wright Flyer» братьев Райт[67]. Чтобы потоки воздуха от роторов не сдули реликвию, узлы верёвки из полиэстера полили сверху эпоксидной смолой. На все эти процедуры ушло 30 минут[68].

Аккумуляторная батарея вертолёта состоит из 6 литий-ионных высокотоковых аккумуляторов Sony SE US18650 VTC4 (стандарт 65,2 мм в длину, диаметр 18,35 мм) общим весом 273 г. Ёмкость, по документации JPL, составляет 2 А·ч; максимальный ток разрядки более 25 А[7]; по паспорту производителя 30 А[69]); номинальное напряжение 3,7 В, а для всей батареи 15÷25,2 В. По паспортным данным полная подзарядка при температуре +23° током 4,2 В / 2 А лежит в пределах 1,5÷2 часов; по документации JPL, периодичность подзарядки от солнечной батареи может составлять от одного до нескольких солов[70].

Телекоммуникации

Прямого выхода на спутники связи Ingenuity не имеет, используя марсоход как ретранслятор. Проектировщикам поставили жёсткие ограничения[71]: мощность передатчика не более 0,75 Вт (28,8 дБм); общий вес телекоммуникационного оборудования включая кабели и антенну не более 14 г, в том числе 4 г на антенну и коннекторы. Дополнительные ограничения по штыревым антеннам:

  • на вертолёте — высота не более 7,5 см; диаметр не более 1 мм «во избежание излишнего затенения фотоэлементов на панели солнечных батарей»;
  • на марсоходе — высота не более 15 см; площадь места крепления не более 5,6×5,6 см[71].

Место её установки характеризуется как «не идеальное», так как распределение оборудования между рабочими объёмами ровера состоялось прежде, чем в комплектацию был добавлен вертолёт[72]. На борту обоих аппаратов установлены одинаковые модули SiFlex2 производства LS Research, приобретённые в розничной сети по COTS. Согласно спецификации, связь осуществляется на частоте 914 МГц по протоколу Zigbee (IEEE 802.15.4) на расстоянии до 1000 метров со скоростью 250 кбит/с в режиме одностороннего или 20 кбит/с в режиме двустороннего радиообмена. Затраты энергии составляют 3 Вт при передаче и 0,15 Вт при приёме; предел охлаждения микросхем равен —15°[7].

Температурный режим

Ingenuity был первым космическим аппаратом, в расчёты температурного режима вошло значительное излучение тепла механическим двигателем. Средствами ПО Veritrek по 18-факторной модели были рассчитаны режимы для 36 точек (англ. output responses). Расчёты позволили отказаться от использования аэрогеля: прирост массы за счёт этого теплоизолятора оказался неприемлем на фоне достигаемого им эффекта теплосбережения[73].

Ротор изготовлен из композитного алюминиево-бериллиевого сплава (сокр. AlBeMet). Присутствующий в спецификации 2019 года[33] радиатор-пыльник (англ. dust boot), использующий нисходящие потоки воздуха от винтов, в готовом изделии отсутствует. Нагрев неохлаждаемого ротора со скоростью 1°/сек служит главным ограничением дальности полётов[74] и требует усиленной теплоизоляции между мачтой и фюзеляжем. Во избежание потерь тепла при стоянке сечение квадратных медных проводов, соединяющих блок электроники ECM с ротором и солнечными батареями, намеренно сделано минимальным[75].

Для термоизоляции JPL использует каптон, выдерживающий температуры в диапазоне от −273 до +400 °C и зарекомендовавший себя ещё на лунном модуле программы «Аполлон»[76]. Для внешней термоизоляции фюзеляжа использована плёнка от давнего поставщика по заказам НАСА, фирмы Sheldahl из Миннесоты[77].

До старта аккумуляторы должны быть прогреты до +5 °C, иначе их энергоотдача неприемлемо снижается[75]. Прогрев машины начинается в сол, предшествующий полёту[78].

Общее фото сотрудников в 2018 году[d]
Тед Цанетос, МиМи Аунг и Боб Баларам
Боб Баларам, Тед Цанетос и Говард Фьёр Грип

История группы по созданию марсианского вертолёта[править | править код]

Предыстория группы, воплотившей в жизнь идеи и разработки марсианского вертолёта восходит к 2012 году. Высшее руководство Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в сопровождении МиМи Аунг, на тот момент возглавлявшей один из отделов лаборатории, обозревало выставку дронов, демонстрировавших навигационные алгоритмы. «Не попытаться ли нам сделать это на Марсе?» — спросил глава JPL Charles Elachi у своего финансового директора René Fradet. МиМи тут же сообщила, что разработки в этом направлении уже ведутся, и назвала имя Боба Баларама. Директор предложил представить доклад; Баларам подготовил его за 10 дней — и небольшая сумма на дальнейшее изучение вопроса (study money) была выделена[79].

Дотация позволила за два с небольшим года создать макет, получивший одобрение экспертов НАСА. Как следствие, проект получил финансирование в составе бюджетного плана JPL с января 2015 года — даты, с которой ведёт свою историю группа по разработке проекта марсианского вертолёта. Возглавив этот проект, МиМи Аунг сформировала большой междисциплинарный коллектив учёных и инженеров разных специальностей. Всего в пересчёте на полные ставки его штатная численность не превышала 65 работников, а с учётом сотрудников AeroVironment и центров НАСА имени Лэнгли (Langley Research Center) и Эймса над проектом работало около 150 человек[80][79].

19 апреля 2021 года. МиМи Аунг докладывает в режиме телеконференции президенту США Байдену о первом в истории внеземном полёте вертолёта

По выступлениям в СМИ и интернете, в качестве авторов информационных бюллетеней и блогов JPL наиболее известны:

  • МиМи Аунг ([mḭ mḭ àʊɰ̃], англ. MiMi Aung, бирм. မိမိအောင်) — руководитель проекта[81][82], «the Mars Helicopter Scout proposal lead»[79]
  • Боб Баларам (англ. Bob Balaram) — главный инженер[83][84][85][44]
  • Теодор Цанетос (Theodore Tzanetos[86]) — руководитель управления операций[55][87][43]
  • Яакко Каррас (Jaakko Karras) — заместитель руководителя управления операций[65]
  • Говард Фьёр Грип (норв. Håvard Fjær Grip) — главный пилот[88][37][89][44][90][43]
  • Джош Равич (Josh Ravich) — руководитель отдела механизмов и оборудования (Mechanical Engineering)[66][91]
  • Насер Шахат (Nacer Chahat) — старший инженер по радиосвязи (разработчик антенн, установленных на вертолёте и марсоходе)[72]

15 июня 2021 года Космический фонд (Space Foundation) удостоил коллектив Ingenuity премии Дж. Свигерта (John L. «Jack» Swigert, Jr.) за 2021 год за исследования космоса[92].

Работа Ingenuity на Марсе[править | править код]

На протяжении нескольких лет вертолёт разрабатывался за рамками программы подготовки экспедиции Марс-2020 и её бюджета[93] и не входил ни в список главных задач экспедиции, ни в число семи инструментов отобранных для марсохода в июле 2014 года[16]. Под названием Mars Helicopter Scout этот проект был включён в программу экспедиции только 11 мая 2018 года[17]. Помимо срочной организации на борту марсохода станции радиосвязи с вертолётом, иных дополнений к перечню главных научных задач «Марс-2020» не последовало. Сама программа испытаний аппарата получила статус демонстрации технологий (англ. technology demo) с единственной задачей доказательства концепции (англ. proof of concept). Условия и требования к испытаниям состояли в следующем[8]:

  • для обслуживания полётов в рабочем графике марсохода выделялось «окно» в 30 солов, между 60-м и 90-м, что в земном времяисчислении соответствовало интервалу между 19 апреля и 19 мая;
  • в пределах этого срока требовалось выполнить от 1 до 5 полётов;
  • высота полётов ограничивалась 3-5 метрами, дальность 50 метрами, а продолжительность 90 секундами.

Цифры эти были не «паспортными данными» (англ. nameplate capacity), ограничивающими режимы эксплуатации вертолёта, а представляли собой лишь осторожную оценку его потенциала на основании расчётов из доклада «Mars Helicopter Technology Demonstrator» от января 2018 года. В частности, суммарная ёмкость аккумуляторов Sony VTC4, принятая в этом документе равной 35,75 Вт⋅ч, распределялась так:

  • 21 Вт⋅ч (~59 %) — на обогрев аппаратуры,
  • 10,73 Вт⋅ч (30 %) — резерв, и
  • 10 Вт⋅ч (менее 28 %) — на один полёт в сутки.

Цифра «90 секунд полёта» была выведена там же в предположении, что 80 % располагаемой мощности в 10 Вт⋅ч будут израсходованы при постоянной рабочей нагрузке 360 Вт, а 20 % — на пиковой нагрузке 510 Вт[7]. В феврале-марте 2018 года расчётные цифры «от 90 секунд до 2 минут» полёта при протяжённости до 300 метров вошли и в другие источники[94][95]. После первых полётов главный инженер проекта Баларам констатировал, что дальность полёта ограничивает не дефицит энергии, а перегрев ротора со скоростью 1 °C в секунду[74], из-за чего предпочтительны двухминутные перелёты[96]. В дальнейшем вертолёт превзошёл некоторые из этих цифр, а успешное завершение «проблемного» 6-го полёта при непредвиденно возросшем потреблении энергии показало, что и у всей конструкции есть резервы[89].

Выгрузка и предполётная подготовка[править | править код]

Взлётная площадка и лётное поле будущего гелидрома имени братьев Райт

Стоянка, зона полётов и точка наблюдения
Фото со смотровой площадки имени Ван Зейла (англ. Japie van Zyl)
Прежде, чем получить имя Ван Зейла, точка наблюдения марсохода называлась «Скрадок птицелова» (Twitcher’s Point)

Распорядок размещения вертолёта на Марсе был известен задолго до старта ракеты-носителя Atlas с космодрома. По завершении проверки собственных систем марсоход должен был найти место для гелидрома — ровную площадку размером 10×10 метров и, выгрузив на неё вертолёт, занять точку наблюдения примерно в 90 метрах поодаль (фактически расстояние составило 64,3 м)[97]. На карте кратера Езеро появился новый астротопоним: точку эту на планах развёртывания обозначили «англ. Twitcher’s Point», буквально «скрадок» (место скрытого наблюдения) орнитолога, путешествующего на огромные расстояния ради наблюдений за редкими птицами[98]

17 марта JPL назначила первый полёт «не ранее первой недели апреля»[99], и созвала на 23 марта брифинг. В дальнейшем оборот «не ранее, чем» вошёл в шаблон уведомлений JPL; как правило, объявляемые с этой оговоркой будущие даты совпадают с фактическими датами событий.

Способ крепления вертолёта к марсоходу и все механические приспособления, обеспечивавшие его выгрузку на Марсе, были спроектированы, изготовлены и прошли проверку в Lockheed Martin Space[100][1] — одном из четырёх специализированных подразделений крупнейшей военно-промышленной корпорации США. На развёртывание вертолёта отводилось 6 солов[101]. Операция началась 21 марта сбросом кожуха, прикрывавшего вертолёт при транспортировке на Марс. Путь к месту выгрузки вертолёта занял 7 солов. 28 марта начали поэтапно приводить вертолёт из походного положения в рабочее; 29 марта были распрямлены стойки по его левому борту, 30 — по правому. После этого была проведена последняя подзарядка аккумуляторов Ingenuity от марсохода. К 3 апреля питающий кабель был отсоединён, и была дана команда на сброс груза.

Как только вертолёт преодолел в свободном падении 13 сантиметров, отделявших его шасси от поверхности Марса, марсоход переместился на ближнюю точку наблюдения за следующим этапом испытаний. На следующий день обмен информацией между аппаратами показал, что термоизоляция фюзеляжа не нарушена, заряд батарей за ночь не утерян, и таким образом вертолёт преодолел первое испытание холодом[102].

На этом операция по выгрузке завершилась. Вертолёт перешёл в автономный от марсохода режим, и начался отсчёт времени нового этапа экспедиции — лётным испытаниям, на которые отводилось 30 солов[101].

6 апреля JPL объявила, что полёт состоится «не ранее, чем в воскресенье, 11 апреля» и пригласила публику на веб-трансляцию его видеоматериалов[103].

График операции по выгрузке вертолёта на поверхность Марса[101]
сол операции миссия Марс-2020 операция Ingenuity Stowed Inside Debris Shield.jpg
план факт Δ сол дата
1 1 0 30 21.03.2021[84] Сброс защитного кожуха The debris shield realeased (cropped).png
2 8 6 37 28.03.2021[104] Разблокировка поворотного кронштейна, удерживавшего сложенный вертолёт в положении для перевозки. При переводе груза из положения «на боку» в направлении горизонтального пара стоек по левому борту вертолёта принимает штатное положение. Ingenuity swinging down from Perseverance.gif
3 9 6 38 29.03.2021[105] Специальный электромотор завершает поворот кронштейна, удерживающего Ingenuity, после чего корпус аппарата принимает нормальное вертикальное положение Ingenuity vertical under Perseverance rover (cropped).jpg
4 10 6 39 30.03.2021[84][106] Высвобождаются защёлки стоек по правому борту, после чего вся конструкция вертолёта остаётся висящей на кронштейне на расстоянии 13 см от поверхности Марса. Ingenuity Helicopter with fully deployed legs.png
5 13 8 42 03.04.2021[107] По завершении последней подзарядки аккумуляторов вертолёта технический шлейф, соединявший Ingenuity с энергосистемой марсохода, также разрывается. Последний пироболт инициирует сброс вертолёта на поверхность, после чего марсоход отъезжает на 5 метров. Ingenuity helicopter first colour image.jpg
6 14 8 43 04.04.2021[108] С получением телеметрии и кадров, подтверждающих, что: 1) все четыре опоры шасси стоят на грунте; 2) марсоход отъехал от вертолёта на 5 метров, и 3) установлена радиосвязь между обоими устройствами, начинается отсчёт солов испытательного окна. Ingenuity Helicopter Deployment Successful.png
Примечание: первая иллюстрация, расположенная в строке заголовка таблицы, отражает предварительный этап, не связанный напрямую с вертолётом: сброс панели, защищавшей радар RIMFAX на стадии управляемого приземления
29.03.2021: С места предстоящего сброса вертолёта в промежутке между операциями по его развёртыванию Perseverance панорамирует вид на северо-восток. В один из кадров фотопанорамы попадает защитный кожух вертолёта, отстёгнутый ещё 21 марта

В ожидании первого полёта

На стоянке. Анимация из фото за 6–9 и 16 апреля.
8 апреля. Проверка лопастей

Фотография от 5 апреля показала, что за время транспортировки середину правого ряда элементов солнечных батарей частично присыпало песком[109]. 7 апреля лопасти были расфиксированы[102] и 8 апреля прошли пробную поочерёдную прокрутку[110]. 9 апреля НАСА назначило первый полёт на воскресенье, 11 апреля[111], но уже на следующий день было вынуждено перенести старт «не ранее, чем на 14 апреля».

Как выяснилось, 9 апреля (49-й сол)[112] при тестовом переходе из предполётного режима в полётный сработала защитная процедура вывода из цикла исполнения всей программы[113]. Похожая ситуация в истории космонавтики уже была: 10-11 июня 1957 года при попытках запуска первого искусственного спутника Земли «автоматика управления запуском в последние секунды „сбрасывала схему“», и ракета со старта так и не ушла[114].

12 апреля JPL сообщила, что «здравый путь к решению проблемы»[115] состоит в модификации программы полётного контроля. К 16 апреля в неё добавили «заплатку» (две процедуры) для обхода критической точки, что позволило успешно пройти этап раскрутки винтов. Скомпилировали и новую версию, но решение по её инсталляции отложили до утра субботы, 17 апреля, сославшись на то, что это была бы уже не та сборка, которая успешно отработала на Земле два года, а комплексное тестирование новой версии отсрочило бы запуск[113]. Новую версию перекачали на бортовой компьютер марсохода, но перепрошивку программы на вертолёте отложили в ожидании исхода первого полёта, назначенного на 19 апреля[116].

Этап демонстрации технологий: полёты 1-5[править | править код]

Хронология испытаний и полётов на этапе демонстрации технологий[3]

полёта
Дата Отсчёт суток миссии Полётное
время
Горизон-
тальная
скорость
Высота Маршрут Суммарный
перелёт
время
UTC/GMT
Марс 2020 Ingenuity полёта висения от до азимут длина
солы секунд м/с м м м м
09.04.2021 49 5 Самозавершение цикла раскрутки лопастей[112]
11.04.2021 14:54 50 6 Полёт отменён
1[116] 19.04.2021 07:34 58 14 39,1 0 3 JZRO**) 0 0*)
2[117] 22.04.2021 09:33 61 18[82] 51,9 0,5 5 5 W↕E 0 2+2=4
3[118] 25.04.2021 11:31 64 21 80,3 2 5 5 N↕S 0 50+50=100
29.04.2021 14:12 68 25 Полёт отменён[119][120]
4[121] 30.04.2021 14:49 69 26 116,9 3,5 5 5 JZRO S↕N 0 133+133=266
5[122] 07.05.2021 19:26 76 32 108,2 2 5 10 JZRO B S↑ 129 129
Примечания:

*) По данным геопозиционирования расстояние между точками взлёта и посадки составило 0,05 м.
**) JZRO — код, присвоенный ИКАО гелидрому им. братьев Райт на Марсе.

19.04.2021, полёт №1
22.04.2021, полёт №2
Первый полёт

Взлёт состоялся 19 апреля 2021 года в 07:34 UTC. Все этапы алгоритма предполётной подготовки были пройдены без сбоев. Когда ротор набрал 2537 оборотов в минуту, вертолёт поднялся на высоту 3 метра со скоростью 1 м/с и, провисев предусмотренные[97] 30 секунд, приземлился[101].

Весь полёт, включая набор высоты и спуск, длился 39,1 секунды[116]. По точным данным геопозиционирования точек взлёта и посадки путь вертолёта в горизонтальной плоскости не был нулевым и составил 5 сантиметров. Кроме того, в зависании вертолёт развернул фюзеляж на 96°: этот запланированный[123] манёвр, в частности, необходим для проверки работы программы, корректирующей курс по изображениям от навигационной камеры.

Второй полёт

Во второй раз Ingenuity поднялся в воздух 22 апреля в 09:33 UTC. Взлетев на 5 метров вертолёт

  • исполнил три последовательных поворота примерно на 1/4 окружности каждый (в сумме на 276°),
  • на скорости 0,5 м/с переместился на 2 метра вбок с возвратом назад (общий путь составил 4,3 метра),
  • сделал первые три высотных фотоснимка на камеру RTE

и после 51,9 секунд приземлился в точке старта[88].

25.04.2021, полёт № 3. Снимок камеры «Персеверанс»

Небольшие горизонтальные перемещения Ingenuity совершал и в первом полёте, но их пределы были такими же, как и в камере испытаний на Земле — «на две длины карандаша»[124]. Во втором полёте переход между режимами горизонтального полёта и висения[125] был отработан в полной мере.

Третий полёт

В третий рейс Ingenuity отправился 25 апреля в 11:31 UTC. Его полётное задание на этот день включало: набрать прежнюю (5 метров) высоту, переместиться на увеличенной до (2 м/с) скорости на 50 метров на север, после чего вернуться на гелидром, пройдя в общей сложности 100 метров примерно за 80 секунд[88]. Все эти установки вертолёт выполнил[118].

По результатам 3-го полёта задачи technology demo были выполнены[120], и в приглашении на брифинг 30 апреля[126] было сообщено, что предстоящие 4-й и 5-й рейсы будут переходными к новому этапу. Его название, operations demo, «демонстрация возможностей»[127] позволило, не изменяя ранее утверждённые формулировки задач всей экспедиции, найти обоснование продолжения полётов. Работа вертолёта по-прежнему считались «демонстрацией», перешедшей из одной фазы в другую:

  • начальная — демонстрация технологий (technology demo), проведённая в течение 31 сола 1-5 полётов;
  • последующая — демонстрация практического применения (операций, operations demo), проводимая, начиная с 6-го полёта.
30.04.2021, полёт № 4. Снимок камеры «Персеверанс»
Четвёртый полёт

Накануне первого полёта Ingenuity, 17 апреля, руководитель проекта МиМи Аунг говорила корреспонденту CNN:

Интервалы[e] между рейсами будут прогрессивно сокращаться. Ingenuity может полететь на 4-й день после первого полёта, затем на 3-й после второго и так далее. В следующие полёты вертолёт сможет подняться на 5 метров и перемещаться до 15 метров вперёд и назад.

«Но как только мы доберёмся до 4-го и 5-го полётов, вот тут-то мы повеселимся», — сказала Аунг. «Мы действительно хотим раздвинуть границы. Ведь не каждый день приходится испытывать вертолёты на Марсе! Поэтому хочется быть очень смелыми».

Хотя из окончательного задания на показательные полёты требование постепенно сокращать межполётные интервалы для проверки выносливости аппарата было исключено, первые три рейса выдерживался стабильный интервал в 3 сола (58, 61, 64). Ремарка «we’ll have fun» относилась к усложнению других заданий на 4-й рейс: длительность полёта увеличивалась в 1,5 раза, а протяжённость более, чем в 2,5 раза. Прирост скорости (3,5 м/с против 2 м/с) увеличивал нагрузку на обработку изображений с навигационной камеры.

Эта программа была оглашена за день до старта, запланированного на 29 апреля, в 14:12 GMT[120]. Но в назначенный срок четвёртый полёт не состоялся. Причина второго за все испытания срыва графика была из того же ряда, что и в первый раз: по ходу исполнения цикла программа не дошла до точки перехода из предполётного режима в полётный. Оказалось, что «заплатка», поставленная на программу перед 19 апреля, в 15 % случаев не помогает обойти критическое место, и, по предположению инженеров, 29 апреля пришлось как раз на те самые несчастливые 15 %[119][129].

Полёт состоялся на следующий день, 30 апреля в 14:49 UTC. Проведя в воздухе почти 2 минуты (116,9 секунды), вертолёт преодолел 266 метров на скорости до 3,5 м/с при высоте полёта 5 метров. Цветная обзорная камера RTE выдала 5 кадров; съёмка велась в наиболее отдалённой, южной точке маршрута, а также на последних 50 метрах перед посадкой в точке взлёта. От навигационной камеры NAV в архив видеоматериалов поступило 62 кадра, однако эта цифра не может класться в основу расчётов производных показателей работы камеры. Как пояснила МиМи Аунг, снимки эти делаются прежде всего для полётного контроллера, и большая их часть по использовании уничтожается; в архив же отсылаются только те, которые JPL выбирает для последующей работы с ними[121]. Поскольку при возвращении на гелидром по прежней трассе навигационная камера повторно снимала одни и те же точки, Аунг пообещала создать из этих чёрно-белых снимков стереопары[121]. Однако поскольку фото за первую половину пути были уничтожены, фотографии-анаглифы по итогам этого полёта так и не появились.

07.05.2021, полёт № 5
Пятый полёт

Счётчик времени, отведённого на испытание вертолёта, был запущен в 41-й сол общей миссии «Марс-2020». Ещё накануне второго рейса, 22 апреля (58-й сол экспедиции), руководитель проекта МиМи Аунг напомнила, что для команды Ingenuity это уже 18-й сол из отведённых 30[130]. Из-за двух переносов (1-го и 4-го полёта) уложиться в это окно не удалось: пятый полёт, назначенный на 7 мая (69-й сол для Perseverance), проходил уже в дополнительный, 31-й сол окна испытаний.

Полётное задание на 5-й рейс было объявлено за день до вылета. Главное его отличие от предыдущих состояло в необходимости совершить посадку в точке, обследованной только по орбитальным съёмкам телескопа HiRISE (угловое разрешение 1 мРад, 30 см / пиксел). Перед посадкой предстояло подняться из 5-метрового полётного коридора на вдвое большую высоту и сделать оттуда обзорные снимки[119].

Все полётные предписания были исполнены. Взлетев 7 мая в 19:26 UTC, Ingenuity прошёл на заданной 5-метровой высоте курсом на юг. Пройдя 129 метров, вертолёт завис, поднялся до 10 метров и сделал с этой высоты 6 цветных фотографий, после чего благополучно завершил свой полёт на 108-й секунде[131]. Точка его приземления получила название «Поле B» («Field B»); в дальнейшем новые гелидромы именуются по буквам латинского алфавита.

Видеозаписи полётов Ingenuity

19.04.2021. Запись 1-го полёта
22.04.2021. Запись 2-го полёта
25.04.2021. Запись 3-го полёта
30.04.2021. Запись 4-го полёта, со звуком
Мультипликации, составленные из кадров навигационной камеры

Полёты с третьего по восьмой

Полёт №3 (25.04.2021)
Полёт №4 (30.04.2021)
Полёт №5 (07.05.2021)
Полёт №6 (23.05.2021)
(последние 39 секунд)
Полёт №7 (08.06.2021)
(48 секунд)
Полёт №8 (22.06.2021)
(75 секунд)

Полёты с девятого по четырнадцатый

Полёт №9 (05.07.2021)
Полёт №10 (24.07.2021)
Полёт №11 (05.08.2021)
Полёт №11. На месте взлёта виден X-образный «след» в форме лопастей
Проверка вращения лопастей накануне полёта №14 (16.09.2021).
Предполётная прокрутка лопастей (23.10.2021).

Этап демонстрации возможностей применения: полёты с 6-го и далее[править | править код]

Хронология полётов на этапе демонстрации возможностей применения[3]

полёта
Дата Полётное
время
Горизон-
тальная
скорость
Высота
полёта*)
Маршрут Фотографии
время UTC/GMT сол от до Координаты места посадки азимут длина перелёт ч/б[132]
NAV
цв.[133]
RTE
секунд м/с м м м
6[134] 23.05.2021 05:20 91 139,9 4 10 B C 18°26′30″ с. ш. 77°27′00″ в. д. / 18,44166° с. ш. 77,449943° в. д. / 18.44166; 77.449943 SW, S, NE ~101 150+15+50
=215
106 8
04.06.2021[55] 105 Полёт не состоялся
7[135] 08.06.2021 15:54 107 62,8 4 10 C D 18°26′24″ с. ш. 77°27′01″ в. д. / 18,439878° с. ш. 77,45015° в. д. / 18.439878; 77.45015 S 106 106 72 камера
откл.
8[55] 22.06.2021 00:27 120 77,4 4 10 D E 18°26′14″ с. ш. 77°27′03″ в. д. / 18,43724° с. ш. 77,450795° в. д. / 18.43724; 77.450795 StE 160 160 186
9[90] 05.07.2021 21:03 133 166,4 5 10 E F 18°25′41″ с. ш. 77°26′44″ в. д. / 18,428085° с. ш. 77,44545° в. д. / 18.428085; 77.44545 SW 625 625 193 10
10[136] 24.07.2021 21:07 152 165,4 5 12 F G 18°25′41″ с. ш. 77°26′37″ в. д. / 18,428082° с. ш. 77,443715° в. д. / 18.428082; 77.443715 SW, W, NW, NE ~95 233 190 10
11[3] 05.08.2021 04:53 163 130,9 5 12 G H 18°25′58″ с. ш. 77°26′20″ в. д. / 18,432662° с. ш. 77,438779° в. д. / 18.432662; 77.438779 NW 383 383 194 10
12[3] 16.08.2021 12:57 174 169,5 4,3 10 H H 18°25′58″ с. ш. 77°26′21″ в. д. / 18,43268° с. ш. 77,43924° в. д. / 18.43268; 77.43924 NE,SW ~25 450 115 10
13[3] 05.09.2021 00:10 193 160,5 3,3 8 H H 18°25′58″ с. ш. 77°26′21″ в. д. / 18,43285° с. ш. 77,43915° в. д. / 18.43285; 77.43915 NE,SW >0 ~210 191 10
16.09.2021 11:11 204 Пробная двухминутная прокрутка винтов в форсированном до 2800 об./мин. режиме[24][65][137] 2
18.09.2021 206 Полёт (короткий подскок на 5 метров в режиме 2700 об./мин.) не состоялся из-за дефектов в двух сервоприводах[65]
21.09.2021
23.09.2021
209
211
Пробное раскачивание (wiggle tests) сервоприводов прошло успешно[65] 3 1
С 28 сентября по 17 октября (солы 217–235) на период верхнего соединения Земли и Марса радиообмен с аппаратами приостановлен[65][36][32]
19.10.2021 11:07:15 236 Пробные раскрутки винтов (указано время фотоснимков) 1
23.10.2021 240 1
14[63] 24.10.2021 12:34:11 241 23 N/A 5 H H 18°25′58″ с. ш. 77°26′21″ в. д. / 18,43285° с. ш. 77,43915° в. д. / 18.43285; 77.43915 2 2 3
Примечания:
*) Высота висения, являвшаяся на этапе демонстрации технологий одним из «зачётных показателей» испытаний, в таблице не показывается.
Шестой полёт

В среду, 19 мая НАСА объявило, что шестой полёт состоится «на следующей неделе», уже в рамках новой, эксплуатационной фазы программы (operations demonstration phase)[29]. Планка заданий повышалась и по техническим режимам, и в целом по сложности. Вертолёту предстояло:

  • перемещаться на высоте 10 метров против 5 метров в предыдущих полётах (в полёте № 5 Ingenuity эту высоту набрал, но на ней не перемещался);
  • увеличить скорость до 4 м/с против 3,5 м/с в полёте № 4 и 2 м/с в полётах № 3 и 5;
  • увеличить время пребывания в воздухе до 140 секунд против 117 секунд в полёте № 4.
  • на протяжении полёта дважды изменить курс движения.

Маршрут суммарной протяжённостью 215—220 метров складывался из трёх отрезков:

  1. 150 метров курсом на юго-запад,
  2. 15-20 метров курсом на юг,
  3. 50 метров курсом на северо-восток (возвращение на треть пути назад параллельно уже пройденной трассе).

Полёт №6 22/23.05.2021

Песчаная рябь Сейтаха с высоты 10 метров
В поле зрения направленной вниз камеры NAV попадает линия горизонта

Из плана полёта задания по фотографированию местности обзорной камерой вырисовывались следующим образом. В конце 150-метрового отрезка пути на юго-запад вертолёт должен был переложить курс на юг и, двигаясь на протяжении 15-20 метров в этом южном направлении, снимать местность, расположенную на западе[89]. Таким образом, чтобы двигаться на юг, сохраняя при этом ориентацию обзорной камеры RTE на запад, вертолёту предстояло пройти эти 15-20 метров «боком», левым бортом вперёд. Крюкообразная трасса подразумевала предварительный пролёт над полем «C» с возвратом к нему для посадки. По окончании фазы демонстрации технологий места посадок выбираются без участия марсохода, но «кружение» над неизвестным районом будущей посадки исключено: перед каждым рейсом команда вертолёта плотно прорабатывает район приземления по орбитальным снимкам HiRISE[29] и цифровой модели местности (DTM)[66].

Дата полёта не была сорвана: Ingenuity взлетел в субботу, 22 мая по зонам времени США, или в воскресенье, 23 мая в 05:20 UTC. О предыдущих полётах НАСА оповещало примерно за три дня, но о полёте №6 сообщили только по его завершении. Лишь спустя 5 дней, 27 мая стало известно, что же произошло на Марсе в конце предыдущей недели. Оснований считать 6-й рейс «неуспешным» нет: журнал полётов[3] свидетельствует, что задания по высоте, скорости и протяжённости были выполнены, а незначительный недолёт до расчётной точки «C» не превысил 5-метрового допуска, заложенного в задании. Фотофиксация с камеры марсохода подтвердила, что аппарат стоит всеми опорами на ровной поверхности[138]. Тем не менее, с первых сообщений СМИ полёт № 6 стал называться «аномальным»[139][89][134].

24.05.2021, поле «C», после 6-го рейса
12.06.2021, поле «D», после 7-го рейса
05.07.2021, 9-й полёт, наклон близок к 15°

Так называемая «аномалия в 6-м полёте» возникла на 54-й секунде и имела внешние признаки «болтанки» воздушного судна. У Ingenuity периодические колебания крена и тангажа доходили до 20°[89]; это заметно и по «заваленному горизонту» одного из кадров дня. Как результат, резко возрос трафик между навигационной подсистемой и механизмами: реагируя на изменения картинки с камеры NAV, программа управления полётом посылала корректирующие сигналы на винт. Отчётная телеметрия подтвердила сопутствовавшие этому пиковые скачки энергопотребления.

Сбой был объяснён «потерей» одного из кадров, поступавших от навигационной камеры[89][55]. Такого рода аномалии, нештатные ситуации являются нормой для испытаний любых механизмов, а в известной степени и желательным результатом для разработчиков — особенно когда воспроизвести соответствующие обстоятельства в стендовых, «домашних» условиях принципиально невозможно. 24 июня Тедди Дзанетос, выступивший от имени JPL с разбором «аномалии», оптимистично заявил, что продолжительность полётов продолжит расти до 3 минут, а протяжённость до километра[55][140]).

Седьмой — восьмой полёты

Высота 7-9 полётов осталась той же, что и в шестом (10 м); скорость в 6-8 полётах составляла 4 м/с и лишь в девятом увеличилась до 5 м/с. Сообщения о предстоящих рейсах с шаблонной формулировкой «не ранее такого-то числа» приобрели рутинный характер: предварительно анонсировались только «рекордные» задания, остальная же статистика с запозданием добавлялась в журнал полётов (англ. Flight log) на сайте НАСА[3].

Седьмой полёт. О первой неудачной попытке взлёта, предпринятой 4 июня, было сообщено post factum только 29 числа[55]. Преждевременной оказалась и новая дата «не ранее воскресенья, 6 июня», назначенная в официальном уведомлении[9]. Лишь 9 июня твиттер nasajpl сообщил, что Ingenuity взлетел во вторник, 8 июня в 15:54 UTC (107-й сол) и, проведя в воздухе 62,8 секунды, приземлился в 106 метрах к югу от точки старта[141].

Восьмой полёт был объявлен 18 июня с формулировкой «не ранее 21 июня». Взлетев 22 июня в 00:27 UTC[3], за 77,4 секунды Ingenuity переместился на 160 метров к югу и совершил посадку в 133,5 метрах от текущего местоположения марсохода. 8-й полёт стал первым после перепрошивки программы управления полётом: предыдущая версия «сбрасывала таймер» по завершении медленной (50 об./мин.) прокрутки винтов[55].

Ни в 7-й, ни в 8-й полёт поддержки марсоходу в уточнении целей его маршрута вертолёт не оказывал: съёмка на цветную камеру RTE в эти рейсы не производилась. Только 26 июня JPL смогла сообщить, что сбои, ранее освещённые в докладах от 9[112], 16[113], 17[81] и 29 апреля[119], устранены а также о неудачной попытке осуществить полёт № 7, имевшей место 4 июня. Отсутствие цветных фотографий по итогам 7-го и 8-го полёта было объяснено работой над устранением сбоев[55].

Девятый — одиннадцатый полёты

Девятый полёт. 2 июля JPL известила, что «не ранее, чем через два дня» будут поставлены новые рекорды по протяжённости (625 метров), длительности (167 секунд) и скорости полёта (5 м/с)[44]. Перелёт над песчаной рябью Сейтаха потребовал особой подстройки алгоритмов навигации и состоялся вечером 5 июля в 9:03 UTC. Время в пути составило 166,4 секунды. Остальные параметры соответствовали заявленным[3]; впрочем, точка приземления оказалась на краю расчётной площадки радиусом 50 м, то есть, в 47 метрах от её центра)[90].

Полёт № 10 (25 июля)

Маршрут полёта
Над «Рельефными[f] грядами» («Raised Ridges»)

Начиная с 9-го полёта работа камеры RTE возобновилась, и JPL взяла за практику выкладывать на сайте НАСА по 10 цветных фотографий из каждого рейса. Кадры июльской серии запечатлели с высоты 10 метров песчаную рябь, перекрывающую древнейшие обнажения в низине Сейтах — на тот момент она считалась недоступной для марсохода и его программы бурения кернов. На последнем фото, сделанном за 16 секунд до посадки в 12:35:32[142] на дальнем плане на расстоянии 50-200 метров смутно вырисовались парные линии камней, получившие название Raised Ridges — «Рельефные гряды». И хотя на 133-й сол марсоход находился далеко на противоположном крае Сейтаха, фотографирование гряд пошло в зачёт услуг вертолёта, как предварительная фоторазведка района, куда Perseverance обязательно направится для взятия образцов породы.

Фотографирование «Рельефных гряд» было объявлено главной задачей следующего 10-го полёта. Честь анонсировать его и поставить задачи группе Ingenuity была предоставлена 21 июля Дженнифер Троспер, заместителю руководителя всего проекта Марс-2020[136], чем была дополнительно подчёркнуто наличие «заказа» со стороны группы Perseverance. Через два дня, 23 июля Ted Tzanetos информировал о некоторых деталях предстоящего рейса и опубликовал карту маршрута. Впервые после 6-го полёта предстояло перекладывать курс по ходу движения. Трасса представляла собой цепочку из 4 звеньев, на каждом из которых вертолёт поворачивал по часовой стрелке от ~30° до ~135°, так что в итоге траектория представляла собой разорванный овал. Отдельные её участки вертолёт проходил, как и в 6-м полёте, «боком вперёд».

Полёт № 11 (5 августа)

На северо-запад от «Рельефных гряд»
На месте взлёта виден X-образный «след» в форме лопастей

Десятый полёт начался 24 июля в 21:07 UTC. Общая протяжённость трассы составила 233 метра, при расстоянии между точками взлёта и посадки около 95 метров. Съёмка «Рельефных гряд» производилась не с низкой, как это можно было ожидать, а наоборот, с рекордной на тот момент для вертолёта 12-метровой высоты[87].

Одиннадцатый полёт исследовательской нагрузки не нёс; руководством экспедиции Марс-2020 поставило единственную задачу — заблаговременно переместить вертолёт в зону будущих операций марсохода. Взлетев 5 августа в 4:53 UTC, через 130,9 секунд Ingenuity приземлился на 383 метра северо-западнее точки старта. Хотя трасса пролегала вдоль гряд Artuby[143], заданий по их цветной аэрофотосъёмке не ставилось: для отбора объектов взятия проб марсоходу было достаточно собственной мощной оптики. Не имея необходимости зависать и менять курс по пути, вертолёт повторил рекорды предыдущего рейса, пройдя технический перегон со скоростью 5 м/с на высоте 12 м[91].

Полётное время технического перегона было эффективно использовано для продолжения испытаний режимов работы воздушного судна. Впервые инерционная навигация осуществлялась в движении «задним ходом», когда обе камеры были обращены назад, к точке старта. В поле их зрения находился и марсоход, остававшийся позади, хотя различим Perseverance лишь на одном из 10 цветных снимков этого дня.

12-й и 13-й полёты над Сейтахом

№ 12 (16 августа)
№ 13 (5 сентября)
Двенадцатый — четырнадцатый полёты

До примерно месячной паузы, наступившей в конце сентября из-за ухода Марса за Солнце относительно Земли, вертолёт совершил с новой точки базирования два полноценных вылета с общей задачей фотосъёмки площади «Сейтах-юг» в части, прилегающей к району работы марсохода. Каждый из них (как и все, начиная с 9-го) доставлял по 10 цветных фотоснимков. Маршруты были одинаковы: курс на восток-северо-восток с возвращением к точке старта. Никаких технических рекордов не устанавливалось; наоборот, скорость, высота и протяжённость от рейса к рейсу снижались:

  • Двенадцатый полёт (старт 16 августа в 12:57 UTC, 174-й сол): высота 10 метров, скорость 4,3 м/с, полётное время 169,5 секунд при протяжённости около 450 м в оба конца[91].
  • Тринадцатый полёт (старт 5 сентября в 00:08 UTC, 193-й сол): высота 8 метров, скорость 3,3 м/с, полётное время 161 секунда при протяжённости около 210 м в оба конца[144][145].

По завершении перелёта через Сейтах (5 июля, 133-й сол), когда на заднем плане фотографий Ingenuity появились «Рельефные гряды», и особенно после 10-го полёта (24 июля, 152-й сол), специально посвящённого их облёту, предполагалось, что Perseverance посетит этот «уникальный объект». На линию гряд Артуби, формирующих прямолинейную юго-западную границу Сейтаха, марсоход свернул ещё в 169-й сол, завершив эпопею с неудачной попыткой взять пробу на крайней южной оконечности этой пустоши. Хотя трасса к Raised Ridges уже появилась на одной из карт, «Рельефные гряды», вопреки ожиданиям, не стали объектом, аэрофотосъёмка которого предшествовала бы целевому визиту марсохода (что позволило бы говорить о реальном влиянии вертолёта на выбор маршрутов командой марсохода). Потратив 6 солов (171—172, 173—174 и 175—176) на внимательное изучение более мощных отложений в грядах Artuby близ возможного поворота к «уникальным рельефным грядам», Perseverance проследовал его на большой скорости. На 178-й сол, в два 80-метровых перегона он оказался уже на объекте «Цитадель», который команда марсохода «присмотрела» ещё в июне, с 615-метров расстояния, фотографируя обнажения на Артуби с противоположной стороны Сейтаха[146].

Трассы марсохода и вертолёта на начало октября

Проведя в «Цитадели» 20 солов и добыв там первые два успешных образца породы, марсоход вместо возврата к «Рельефным грядам» с ещё большей скоростью двинулся в прежнем северо-западном направлении. Пройдя за 200-й сол рекордные 169,9 метра[147], он остановился примерно в 100 метрах от вертолёта, который за неделю до этого завершил свою дополнительную вылазку. В 201-й сол Perseverance резко (на полтора прямых угла) переложил штурвал направо, пересёк Артуби и стал углубляться в «непроходимый» Сейтах по тому же азимуту, который имели два последних вылета Ingenuity. Подминая мелкие песчаные гребни, к 204 солу марсоход одолел почти 130 метров казавшегося опасным бездорожья и принялся изучать объекты близ усеянной камнями 4-5-метровой насыпи на предмет для взятия новой пробы. На 210-й сол он ещё более углубился в Сейтах, перейдя к другой такой же насыпи[147]. Исследование россыпей близ неё Perseverance продолжил уже в октябре[36].

В ожидании завершения перерыва в связи

В статье от 6 сентября журналистка AFP привела, как аргумент, подтверждающий пользу от вертолёта, 12-й рейс, благодаря фотографиям из которого JPL якобы сочла «Сейтах-юг» неинтересным, и марсоход посылать туда не будет[g][20]. Но за 12-м рейсом последовал 13-й, в том же направлении, а затем и Perseverance выдвинулся к конечной точке 12-го рейса, что впервые за всю кампанию может быть трактовано как факт воздушной фоторазведки путей предполагаемого движения марсохода.

Четырнадцатый полёт. К середине сентября атмосферное давление в Езеро снизилось настолько, что для взлёта пришлось форсировать режим работы ротора с 2500 до 2700 об./мин. Проверочную раскрутку двигатель прошёл, и 15 сентября на дату «не ранее 17-го» был назначен краткосрочный подскок на высоту 5 метров[91]. Попытка была предпринята 18 сентября, но программа взлёта самозавершилась из-за дефектов в двух сервоприводах[65]. Из-за паузы в радиообмене, объявленной на период 28 сентября — 17 октября (217-235 солы) в связи с верхним соединением Земли и Марса[36], полёт отсрочился на месяц. 23 октября прошла последняя пробная прокрутка, и на следующий день вертолёт, наконец, взлетел.

Вклад в науку и перспективы Ingenuity в проекте «Марс-2020»[править | править код]

Не получив статуса «научного груза» (science payload), способствующего отбору целей на пути марсохода[21], вертолёт был принят на борт в качестве образца демонстрации технологий. Накануне запуска неоднократно подчёркивалось, что вклада в науку от Ingenuity никто не ожидает[148]. Тем не менее, уже первые фото и видеоматериалы[149] дали пищу для размышлений учёным смежных направлений — например, клубы пыли, вздымающиеся навстречу вертолёту с поверхности Марса. Некоторые учёные считают, что их съёмки могут углубить понимание марсианских пылевых вихрей. Правда, в сравниваемых феноменах действуют противоположные силы: смерч всасывает всё с поверхности и поднимает вверх, тогда как вертолёт, наоборот, с силой проталкивает своими винтами воздух к земле[148].

30.04.2021. Вертолёт вздымает клубы пыли с поверхности Марса во время 4-го полёта.

Хотя изучение материалов, появляющихся в связи с полётами Ingenuity, и подталкивает научную мысль, на сегодня крупнейшим вкладом в науку является вся совокупность НИОКР, сделавших возможным первый в истории полёт неземного воздушного судна. Различные варианты аэропланов для Марса НАСА изучало ещё в 1970-е годы[150]. Но лишь к концу 1990-х годов исследовательский центр имени Эймса (англ. Ames Research Center, одно из ведущих подразделений НАСА) вышел на техническое решение ротора и лопастей, способных создать на Марсе подъёмную силу, достаточную, чтобы поднять летательный аппарат в сверхразрежённой атмосфере Марса.

В ранних разработках вертолёт имел круглую панель солнечной батареи и прикреплялся сбоку

Ларри Янг занимался этой проблемой в центре Эймса с 1997 года. Ротор с диаметром лопастей 2,4 метра, построенный из сверхлёгких материалов по проекту Янга компанией Micro Craft Inc., успешно прошёл испытания на скорости 7200 об/мин.[80] В статье 2000 года «Вертикальный подъём — не только для земных полётов»[150] Янг выделил три небесных тела, перспективных для воздухоплавания — Венеру, Марс и спутник Сатурна Титан. Расширенный её вариант, «Летатательные аппараты вертикального взлёта для других планет: три небесных тела и четыре варианта концепций конструкции»[151], был представлен в сентябре 2001 года, а в 2002 году Янг предложил использовать беспилотные вертолёты в программе «Марсианский разведчик» (англ. Mars Scout Program)[152]. Но деньги на продолжение разработок не были выделены, и идеи легли на полку ещё на 10 лет[80]. Лишь после того, как в 2012 году директор JPL Charles Elachi выделил средства Бобу Балараму на возобновление работы над проектом, по утверждении результатов, с января 2015 года эта группа в составе JPL стала работать на постоянной основе за счёт бюджетных средств НАСА[80].

Не отрицая идею воздухоплавания на других планетах, как таковую, в конце 2010-х годов немало руководителей НАСА сдерживали её практическую реализацию. Вертолёт разрабатывался в JPL вне проекта Марс 2020 и его бюджета, за его рамками[93]. Это сопротивление удалось преодолеть только весной 2018 года, убедив руководство НАСА, что добавление вертолёта не навредит целям экспедиции «Марс-2020». Накануне принятия решения в пользу вертолёта главный учёный этого проекта[153] Кеннет Фарлей заявил, что из факта принятия Ingenuity на борт отнюдь не следует, что коллектив поддерживает это решение даже при гарантиях отсутствия риска:

…я сам не сторонник вертолёта и не верю, что среди участников всего проекта «Марс-2020» найдутся сторонники вертолёта.

Убеждённый, что вертолёт — отвлечение группы учёных от главной, приоритетной научной задачи, недопустимое даже на короткое время, главный учёный проекта резюмировал:

…лично я противник вертолёта, потому что мы тут все напряжённо трудимся ради эффективности, и 30 дней, потраченные на демонстрацию технологий, не продвинут нас к намеченным целям с научной точки зрения

После успеха первых полётов Ingenuity руководство проекта «Марс-2020» согласилось продлить поддержку группы управления вертолётом ещё на 30 солов[154], оговорив, что рейсы будут совершаться раз в несколько недель. Конфликт интересов двух групп учёных в отношении этого уникального изделия фокусируется на напряжённости графика выполнения главной задачи экспедиции — сбора минералогических образцов. Технический потенциал вертолёта применительно к роли инструмента регулярной дополнительной доразведки курса ограничен. Его навигационное оборудование изначально было подобрано и настроено только для демонстрации, предполагавшей полёты над специально подобранной ровной поверхностью[90]. На Земле лидар используется дронами как высотомер только при условии подключения к гироскопу, которого на борту Ingenuity нет. Как следствие, вертолёт не способен уточнять карту рельефа, уже составленную с орбитального спутника, а 9-й рейс над рельефом с неровностями вообще потребовал игнорировать сообщения от лидара об изменении высот. Кроме того, слабость выбранной модели лидара ограничивает высоту полёта только 40 метрами[61]. Ограничения по дальности коммуникаций и пропускной способности канала связи с ровером отчасти были обусловлены невозможностью наспех подстраивать уже отработанные коммуникационные схемы марсохода под ещё одну антенну[72]. Маломощный протокол Zigbee ограничивает послеполётную телеметрию (включая фотоматериалы) 700 Мб, что отнимает у марсохода как посредника между вертолётом и Землёй, около 6 часов[155][h].

В совместном докладе Комитету по исследованию планет (Planetary Advisory Committee, PAC) 14 июня 2021 года директор программы исследования Марса Э. Янсон и главный исследователь Марса М. Мейер сообщили планы работы экспедиции Марс-2020 на первый год. Подчёркивая, что именно сбор образцов является главной задачей, руководители особо подчеркнули призыв к персоналу «быть в высшей степени дисциплинированными и сконцентрироваться на сборе образцов»[156]. Вертолёт в докладе упоминался только в контексте отчёта об уже сделанном: «разместили Ingenuity и завершили фазу демонстрации технологий»[157].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 NASA 12.07.2021.
  2. 1 2 Ingenuity Landing PK, p. 14.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Flight-Log.
  4. 1 2 Clarke.
  5. Balaram, p. 8.
  6. Grip, 2019, p. 4.
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Balaram, p. 15.
  8. 1 2 3 4 5 6 7 Ingenuity Landing PK.
  9. 1 2 Status306.
  10. NASA Briefing 30.04.2021, 39:28: «100 landings».
  11. NASA продлило научную программу дрона «Индженьюити» на неопределенный срок. nplus1.ru (06.09.2021).
  12. 14-й полёт «Индженьюити» не состоялся из-за проблем с сервоприводами автомата перекоса, НАСА пытается починить вертолет. habr.com (29.09.2021).
  13. NASA 29.04.2020.
  14. Air & Space Mag 20.04.2021.
  15. Foust 4.5.18: «The helicopter is being developed at the Jet Propulsion Laboratory independently of the Mars 2020 mission».
  16. 1 2 Brown, 2014.
  17. 1 2 Gush, 2018.
  18. NASA 11.05.2018.
  19. News #8936 30.04.2021.
  20. 1 2 Lucie Aubourg. Ingenuity Is So Good, NASA's Mars Helicopter Mission Just Got an Exciting Update (англ.). AFP (6 September 2021). Дата обращения: 7 сентября 2021.
  21. 1 2 Volpe.
  22. Solar Array.
  23. 1 2 3 Grip, p. 13.
  24. 1 2 3 4 Status334.
  25. Balaram, p. 9.
  26. Concept2020.
  27. L. A. Young. Rotor Vortex Filaments: Living on the Slipstream’s Edge (англ.) (pdf). Ames Research Center (January 1997).
  28. Workshop3, p. 11.
  29. 1 2 3 Status302.
  30. How far is Mars
  31. Mars at solar conjunction
  32. 1 2 NASA 28.09.2021.
  33. 1 2 Balaram, p. 10.
  34. Spacecom 04-2013.
  35. Mars in our Night Sky (англ.). NASA (September 2021).
  36. 1 2 3 4 Status337p.
  37. 1 2 3 Status298.
  38. Grip.
  39. Maimone, M. Cheng, Y., Matthies, L. Two years of Visual Odometry on the Mars Exploration Rovers (англ.) // Journal of Field Robotics : journal. — 2007. — Vol. 24, no. 3. — P. 69–186.
  40. Grip, p. 13: «Due to the low accuracy inherent in MEMS-based IMUs, however, additional navigation aids are needed to bound the growth in the navigation errors».
  41. Grip, p. 13: «Nonetheless, no absolute reference for horizontal position and yaw angle is available, and these estimates are subject to long-term drift. Therefore, shortly before touchdown at the end of each flight, a navigation camera image is stored for later transmission on Earth, so that an absolute position and heading fix can be obtained by comparison to the known terrain».
  42. Lidar Manual.
  43. 1 2 3 Status321.
  44. 1 2 3 4 Status313.
  45. MRO HiRISE Camera Specifications (англ.). HiRISE website. Дата обращения: 17 июня 2021.
  46. USGS, p. 1: «These maps will also be the base map used by the Mars 2020 planning and science team for planning purposes and to support scientific investigations».
  47. Rover Pics
  48. Balaram, p. 12.
  49. 1 2 3 Spectrum, 17.02.2021.
  50. Balaram, p. 9–16.
  51. 1 2 Grip, p. 4-5.
  52. Марсоходу «Кьюриосити» заменили «мозги». hi-news.ru (04.10.2018).
  53. News #8982 08.07.2021.
  54. F Prime. Дата обращения: 13 июля 2021. Архивировано 10 июля 2021 года.
  55. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Status308.
  56. NASA 20.02.2021.
  57. Bosch BMI160 (англ.). www.bosch-sensortec.com. Дата обращения: 26 июня 2021.
  58. 1 2 3 Grip, p. 4.
  59. Murata SCA100T-D02 (англ.). www.alldatasheet.com. Дата обращения: 26 июня 2021. Архивировано 24 июня 2021 года.
  60. 1 2 3 Balaram, p. 13–14.
  61. 1 2 Lidar Lite v3 Operation Manual and Technical Specifications (англ.) (pdf). Garmin (09/2016). Дата обращения: 17 августа 2021. Архивировано 25 февраля 2021 года.
  62. NASA 06.05.2021.
  63. 1 2 Status341.
  64. См. архивы за каждый сол.
  65. 1 2 3 4 5 6 7 Status336.
  66. 1 2 3 Status299.
  67. WrightArtefact.
  68. Swatch of Wright Brothers Flyer 1 Attached to Mars Helicopter (англ.). NASA (06.04.2021). Дата обращения: 18 июня 2021.
  69. SONY 18650 VTC4 C4 US18650VTC4 2100mAh. Дата обращения: 26 июня 2021. Архивировано 28 февраля 2021 года.
  70. Balaram, p. 15: «recharging … could occur over one to multiple sols».
  71. 1 2 Taranovich.
  72. 1 2 3 Chahat.
  73. Cappucci.
  74. 1 2 NASA Briefing 30.04.2021, 1:18:46.
  75. 1 2 Balaram, p. 16.
  76. Space Sailing.
  77. Sheldahl.
  78. Bapst, p. 12: «„Catch sol“ to set heaters».
  79. 1 2 3 Preston Lerner. A Helicopter Dreams of Mars, Air & Space/Smithsonian (April 2019). Архивировано 21 мая 2021 года. Дата обращения 16 августа 2021.
  80. 1 2 3 4 Air & Space Mag 04-2019.
  81. 1 2 Status293.
  82. 1 2 Status294.
  83. Status287.
  84. 1 2 3 Status288.
  85. Status301.
  86. Bapst.
  87. 1 2 Status316.
  88. 1 2 3 Status295.
  89. 1 2 3 4 5 6 Status305.
  90. 1 2 3 4 Status314.
  91. 1 2 3 4 Status318.
  92. News #8966 15.06.2021.
  93. 1 2 3 4 Foust 4.5.18.
  94. Clark.
  95. digi 18.2.21.
  96. NASA Briefing 30.04.2021, 1:06:25.
  97. 1 2 News 19.04.2021.
  98. Ingenuity Landing PK, p. 16.
  99. NASA 17.03.2021.
  100. NASA 23.06.2020.
  101. 1 2 3 4 NASA 23.03.2021.
  102. 1 2 NASA 05.04.2021.
  103. NASA 06.04.2021.
  104. NASA 30.03.2021.
  105. half spread 29.3.2021.
  106. NASA 01.04.2021.
  107. First RTE photo 3.4.2021.
  108. RHAZ_0043_0670767844.
  109. PIA24547 06.04.2021.
  110. Mastcam-Z 0047_0671113948.
  111. NASA 09.04.2021.
  112. 1 2 3 Status290.
  113. 1 2 3 Status292.
  114. Черток, Б. Е. Первый искусственный спутник Земли : [рус.]. — Газета «Советский физик». — М., 2007.
  115. Status290: «most robust path forward».
  116. 1 2 3 News #8919 17.04.2021.
  117. CNN 17.04: «Ingenuity could fly four days after the first flight, then three days after the second flight and so on».
  118. 1 2 NASA 25.04.2021.
  119. 1 2 3 4 Status296.
  120. 1 2 3 News #8933 28.04.2021.
  121. 1 2 3 Status297.
  122. Space.com 08.05.
  123. Alexandra Witze. Lift off! First flight on Mars launches new way to explore worlds (англ.) (pdf). Nature (2021). Дата обращения: 18 июня 2021. Архивировано 19 апреля 2021 года.
  124. Status295: «two-pencil lengths».
  125. Grip, p. 7.
  126. News #8934 29.04.2021.
  127. News #8936 30.04.2021: «April 26 – the mission’s 66th sol».
  128. CNN 17.04.
  129. Space.com 29.04.
  130. Status294: «…taking place on April 22, which is the 18th of the 30 sols (Martian days) of our flight test window».
  131. News #8942 07.05.2021.
  132. Raw Images From Ingenuity Helicopter. NASA (30 April 2021). Дата обращения: 27 сентября 2021. (NAV images)
  133. Raw Images From Ingenuity Helicopter. NASA (30 April 2021). Дата обращения: 28 сентября 2021. (RTE images)
  134. 1 2 Space.com 28.05.
  135. Space.com 09.06.
  136. 1 2 NASA Briefing 21.07.2021.
  137. NASAJPL. MarsHelicopter did a rotor spin test at 2,800 rpm. [твит]. Твиттер (17 сентября 2021).
  138. PIA25942 27.05.21.
  139. CNN 28.05.
  140. Foust 24.6.21.
  141. nasajpl. Another successful flight. [твит]. Твиттер (9 июня 2021).
  142. Mars Helicopter Sol 133: Color Camera Архивная копия от 8 июля 2021 на Wayback Machine 12:35:32
  143. Status323p.
  144. Status329.
  145. Вертолет-дрон Ingenuity совершил 13-й полет на Марсе
  146. Artuby.
  147. 1 2 Location Map.
  148. 1 2 Alexandra Witze. Mars helicopter kicks up ‘cool’ dust clouds — and unexpected science (англ.). Nature (16.06.2021). Дата обращения: 24 июня 2021.
  149. Enhanced Video Shows Dust During Ingenuity’s Flight.
  150. 1 2 Vertical Lift — Not Just For Terrestrial Flight
  151. Vertical Lift Planetary Aerial Vehicles: Three Planetary Bodies and Four Conceptual Design Cases
  152. Young, 2002.
  153. Mars 2020 Fact Sheet.
  154. NASA Briefing 30.04.2021, 1:24:19.
  155. Bapst, p. 12.
  156. Ianson, p. 8: «Be highly disciplined and focused on sample collection».
  157. Ianson, p. 8: «Deployed Ingenuity and completed technology demonstration phase».
Комментарии
  1. При этом в фото, сделанных на стоянках, разные углы наклона каждой из стоек вносят дополнительные искажения.
  2. См. определение COTS в статье 2.101 48-й книги Свода федеральных нормативных актов США.
  3. В русском языке слово «датчик» обозначает конструктивно обособленное устройство, содержащее один или несколько первичных измерительных преобразователей. Это понятие соответствует англ. sensor лишь отчасти, так как к «сенсорам» в современной зарубежной технической литературе также относят и электронную оптику. Это имеет место и в документации по Ingenuity, где блоки размещения данной аппаратуры называются англ. Sensor Assembly.
  4. См. полный список сотрудников в описании этого изображения на Commons
  5. В выступлениях некоторых сотрудников НАСА известный из музыки термин «каденция» (англ. cadence) может использоваться во вторичном значении «ритм, темп», а иногда и «интервал».
  6. варианты перевода «raised». Дата обращения: 25 августа 2021.
  7. Ken Farley, who heads Perseverance's science team, explained how photos taken by Ingenuty during its 12th flight showed that a region dubbed South Seitha was of less interest than scientists had hoped. As a result, the rover might not be sent there.
  8. Наконец, нацеленность на создание прототипа с небольшим сроком испытаний обернулась тем, что жизненный цикл вертолёта в несколько раз меньше, чем у марсохода: ресурс числа перезарядок бытовых аккумуляторов — 1000 (не более 3 лет), а по посадкам — 100. Таким образом, реализация схемы взаимодействия, где во главе угла — марсоход, как многофункциональный «научный комбинат» на колёсах, а вертолёт — одно из вспомогательных, мобильных подразделений этого научно-исследовательского комплекса, отодвигается на перспективу отдалённых экспедиций.

Литература[править | править код]

Пресс-релизы и фотоматериалы НАСА
Техническая документация и бюллетени в формате pdf
Видеоматериалы
Новости НАСА / Mars 2020 Mission
Текущая информация от JPL / Ingenuity status updates
Текущая информация от JPL / Perseverance status updates
Публикации журналов и электронных СМИ

Ссылки[править | править код]

  • Perseverance Route Map (англ.). unmannedspaceflight.com (24.06.2021). — трассы движения Perseverance и полётов Ingenuity, а также их текущее местоположение
  • Journal de bord du robot Perseverance (фр.). Centre national d'études spatiales (11.06.2021).