Laboratorul de propulsie Jet de la NASA a anunțat recent că dezvoltă un mic elicopter pentru drone pentru a cerceta viitorul rovers Marte. De ce ar avea nevoie rovers Marte un astfel de ghid robotizat? Răspunsul este că conducerea pe Marte este foarte grea.
Aici, pe Pământ, roboții care explorează jante vulcanice sau pot ajuta salvatorii, pot fi conduși prin telecomandă, cu un joystick. Acest lucru se datorează faptului că semnalele radio ajung la robot de la centrul său de control aproape instantaneu. Conducerea pe lună nu este mult mai dificilă. Semnalele radio care călătoresc cu viteza luminii durează aproximativ două secunde și jumătate pentru a face călătoria dus-întors pe lună și înapoi. Această întârziere nu este suficient de lungă pentru a interfera serios cu conducerea telecomenzii. În anii '70, controlorii sovietici au condus pe Lunokhod roversing astfel, explorând cu succes mai mult de 40 de km de teren lunar.
Conducerea pe Marte este mult mai grea, pentru că este mult mai departe. În funcție de poziția sa față de Pământ, semnalele pot dura între 8 și 42 de minute pentru călătoria dus-întors. Instrucțiunile pre-programate trebuie trimise către rover, pe care apoi le execută de unul singur. Fiecare unitate marțiană necesită ore de planificare atentă. Imaginile stereo realizate de camerele de navigare ale roverului sunt atent examinate de ingineri. Uneori, imaginile de la nave spațiale care orbitează pe Marte oferă informații suplimentare.
Un rover poate fi programat fie pentru a executa pur și simplu o listă de comenzi de conducere trimise de pe Pământ, fie poate utiliza imagini preluate de camerele sale de navigație și procesate de computerele sale de bord pentru a măsura viteza și a detecta obstacolele sau pericolele de la sine. Poate chiar să traseze propria sa cale sigură către un obiectiv specificat. Conducerile bazate pe instrucțiuni de la sol sunt cele mai rapide.
Exploratia Marte Rovea spiritul și oportunitatea ar putea conduce până la 124 de metri într-o oră în acest fel. Aceasta corespunde cu aproximativ lungimea unui teren de fotbal american. Dar acest mod a fost și cel mai puțin sigur.
Când rover-ul se ghidează în mod activ cu camerele sale, progresul este mai sigur, dar mult mai lent datorită procesării imaginilor necesare. Poate progresa cu cel puțin 10 metri pe oră, ceea ce reprezintă aproximativ distanța de la linia de poartă la linia de 10 șantiere de pe un teren de fotbal american. Această metodă trebuie utilizată ori de câte ori roverul nu are o vedere clară a traseului înainte, ceea ce se întâmplă adesea din cauza terenului accidentat și deluros.
La începutul anului 2015, cea mai îndepărtată curiozitate a condus într-o singură zi este de 144 de metri. Cea mai lungă deplasare zilnică a Oportunității a fost de 224 de metri, o distanță de lungimea a două terenuri de fotbal americane.
În cazul în care controlorii de la sol ar putea avea o vedere mai bună a drumului înainte, ei ar putea elabora instrucțiuni care să permită unui viitor rover să conducă în siguranță mult mai departe într-o zi.
Acolo vine ideea unui elicopter cu drone. Elicopterul ar putea zbura înaintea roverului în fiecare zi. Imaginile făcute din punctul său de vedere aerian ar fi de neprețuit pentru controlorii de la sol pentru identificarea punctelor de interes științific și pentru planificarea rutelor de conducere pentru a ajunge acolo.
Zborul cu un elicopter pe Marte reprezintă provocări speciale. Un avantaj este că gravitația marțiană este cu doar 38% mai puternică decât cea a Pământului, astfel încât elicopterul nu ar trebui să genereze la fel de multă ridicare ca una din aceeași masă pe Pământ. Lama elicei unui elicopter generează ridicare prin împingerea aerului în jos. Acest lucru este mai greu de făcut pe Marte decât pe Pământ, deoarece atmosfera marțiană este de sute de ori mai subțire. Pentru a deplasa suficient aer, lamele elicei ar trebui să se rotească foarte repede sau să fie foarte mari.
Copterul trebuie să fie capabil să zboare singur, folosind instrucțiuni anterioare, menținând zborul stabil pe o rută pre-specificată. Trebuie să aterizeze și să decoleze în mod repetat pe un teren pietros marțian. În sfârșit, trebuie să poată supraviețui condițiilor dure ale planetei Marte, unde temperatura scade la 100 de grade Fahrenheit sau scade în fiecare noapte.
Inginerii JPL au proiectat un copter cu masa de 1 kilogram; o mică parte din masa de 900 kg a roverului Curiosity. Lamele sale de elice se întind cu 1,1 metri de la vârful lamei până la vârful lamei și sunt capabile să se învârte la 3400 de rotații pe minut. Corpul are aproximativ dimensiunea unei cutii de țesuturi.
Copterul este alimentat cu energie solară, cu un disc de celule solare care adună suficientă energie în fiecare zi pentru a alimenta un zbor de două-trei minute și pentru a încălzi vehiculul noaptea. Poate să zboare în jur de jumătate de kilometru în acel timp, adunând imagini pentru transmiterea la controlul la sol, pe măsură ce merge. Inginerii se așteaptă ca recunoașterea pe care o adună copterul cu drone va fi de neprețuit în planificarea acționărilor unui rover, triplând distanța care poate fi parcursă într-o zi.
Referințe și lectură ulterioară:
Mulțumim lui Mark Maimone al Laboratorului de Propulsie Jet NASA pentru informații despre distanțele de conducere zilnice ale Curiozității și Oportunității.
J.J. Biesiadecki, P. C. Leger și M.W. Maimone (2007), „compromisuri între conducerea regizată și autonomă pe rovers-urile de explorare Marte”, The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, Opportunity Mars rover se deplasează pe parcursul a 41 de kilometri spre „Maratonul Valley”, Space Magazine, decembrie 2014.
T. Reyes, o călătorie incredibilă, rover Marte Curiosity ajunge la baza Muntelui Sharp. Revista Space, septembrie 2014.
Elicopterul ar putea fi „cercetaș” pentru rovers Marte. NASA Jet Propulsion Laboratory Comunicat de presă. 22 ianuarie 2015
Crazy Engineering: Elicopterul Marte. Videoclipul Laboratorului de Propulsie Jet NASA.
Curiosity- Mars Science Laboratory, NASA.
Marte - Planuri de rover viitor. NASA
