Το εργαστήριο Jet Propulsion της NASA ανακοίνωσε πρόσφατα ότι αναπτύσσει ένα μικρό ελικόπτερο drone για να εντοπίσει το δρόμο για μελλοντικούς αναβάτες του Άρη. Γιατί οι Mars rover χρειάζονται έναν τέτοιο ρομποτικό οδηγό; Η απάντηση είναι ότι η οδήγηση στον Άρη είναι πολύ δύσκολη.
Εδώ στη Γη, ρομπότ που εξερευνούν ηφαιστειακές ζάντες ή βοηθούν τους διασώστες, μπορούν να οδηγηθούν με τηλεχειριστήριο, με χειριστήριο. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ραδιοσήματα φτάνουν στο ρομπότ από το κέντρο ελέγχου σχεδόν αμέσως. Η οδήγηση στο φεγγάρι δεν είναι πολύ πιο δύσκολη. Τα ραδιοσήματα που ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός χρειάζονται περίπου δυόμισι δευτερόλεπτα για να κάνουν το ταξίδι μετ 'επιστροφής στο φεγγάρι και πίσω. Αυτή η καθυστέρηση δεν είναι αρκετή για να επηρεάσει σοβαρά την οδήγηση με τηλεχειριστήριο. Στη δεκαετία του 1970 οι σοβιετικοί ελεγκτές οδήγησαν τους αναβάτες του φεγγαριού Lunokhod με αυτόν τον τρόπο, εξερευνώντας με επιτυχία περισσότερα από 40 χιλιόμετρα σεληνιακού εδάφους.
Η οδήγηση στον Άρη είναι πολύ πιο δύσκολη, γιατί είναι πολύ πιο μακριά. Ανάλογα με τη θέση του σε σχέση με τη Γη, τα σήματα μπορεί να διαρκέσουν από 8 έως 42 λεπτά για το ταξίδι μετ 'επιστροφής. Προ-προγραμματισμένες οδηγίες πρέπει να σταλούν στο rover, το οποίο στη συνέχεια εκτελεί μόνο του. Κάθε Αρειανή διαδρομή χρειάζεται ώρες προσεκτικού σχεδιασμού. Οι στερεοφωνικές εικόνες που λαμβάνονται από τις κάμερες πλοήγησης του rover ελέγχονται προσεκτικά από μηχανικούς. Οι εικόνες από διαστημόπλοιο που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Άρη παρέχουν μερικές φορές πρόσθετες πληροφορίες.
Ένα rover μπορεί να προγραμματιστεί είτε για να εκτελεί απλά μια λίστα εντολών οδήγησης που αποστέλλονται από τη Γη, είτε μπορεί να χρησιμοποιεί εικόνες που έχουν ληφθεί από τις κάμερες πλοήγησης και να υποστεί επεξεργασία από τους ενσωματωμένους υπολογιστές του για τη μέτρηση της ταχύτητας και την ανίχνευση εμποδίων ή κινδύνων από μόνη της. Μπορεί ακόμη και να σχεδιάσει τη δική του ασφαλή διαδρομή προς έναν καθορισμένο στόχο. Οι οδηγοί που βασίζονται σε οδηγίες από το έδαφος είναι οι γρηγορότεροι.
Το Mars Exploration Rovers Spirit και Opportunity θα μπορούσε να οδηγήσει έως και 124 μέτρα σε μια ώρα με αυτόν τον τρόπο. Αυτό αντιστοιχεί στο μήκος ενός γηπέδου αμερικανικού ποδοσφαίρου. Αλλά αυτή η λειτουργία ήταν επίσης η λιγότερο ασφαλής.
Όταν το rover καθοδηγείται ενεργά με τις κάμερές του, η πρόοδος είναι ασφαλέστερη, αλλά πολύ πιο αργή λόγω όλων των απαιτούμενων επεξεργασιών εικόνας. Μπορεί να προχωρήσει μόλις 10 μέτρα την ώρα, που είναι περίπου η απόσταση από τη γραμμή τέρματος έως τη γραμμή 10 ναυπηγείων σε ένα γήπεδο αμερικανικού ποδοσφαίρου. Αυτή η μέθοδος πρέπει να χρησιμοποιείται όποτε το rover δεν έχει καθαρή εικόνα της διαδρομής μπροστά, κάτι που συμβαίνει συχνά λόγω του τραχύ και λοφώδους εδάφους.
Από τις αρχές του 2015, η πιο απομακρυσμένη περιέργεια σε μία μέρα είναι 144 μέτρα. Η μεγαλύτερη καθημερινή διαδρομή του Opportunity ήταν 224 μέτρα, σε απόσταση δύο γηπέδων αμερικανικού ποδοσφαίρου.
Εάν οι ελεγκτές εδάφους μπορούσαν να πάρουν μια καλύτερη εικόνα της πορείας μπροστά, θα μπορούσαν να επινοήσουν οδηγίες που θα επιτρέψουν σε έναν μελλοντικό οδηγό να οδηγήσει με ασφάλεια πολύ πιο μακριά σε μια μέρα.
Εκεί έρχεται η ιδέα ενός ελικοπτέρου drone. Το ελικόπτερο θα μπορούσε να πετάει μπροστά από το rover κάθε μέρα. Οι εικόνες που έγιναν από το εναέριο σημείο της θα ήταν πολύτιμες για τους ελεγκτές εδάφους για τον εντοπισμό σημείων επιστημονικού ενδιαφέροντος και για τον σχεδιασμό διαδρομών οδήγησης για να φτάσουν εκεί.
Το να πετάς ένα ελικόπτερο στον Άρη δημιουργεί ιδιαίτερες προκλήσεις. Ένα πλεονέκτημα είναι ότι η βαρύτητα του Άρη είναι μόνο 38% τόσο ισχυρή όσο αυτή της Γης, έτσι ώστε το ελικόπτερο να μην χρειάζεται να παράγει τόση ανύψωση όσο μία από την ίδια μάζα στη Γη. Οι λεπίδες έλικα ενός ελικοπτέρου δημιουργούν ανύψωση πιέζοντας τον αέρα προς τα κάτω. Αυτό είναι πιο δύσκολο να γίνει στον Άρη από ό, τι στη Γη, επειδή η ατμόσφαιρα του Άρη είναι εκατοντάδες φορές πιο λεπτή. Για να αντικαταστήσει αρκετό αέρα, τα πτερύγια της έλικας θα πρέπει να περιστρέφονται πολύ γρήγορα ή να είναι πολύ μεγάλα.
Το ελικόπτερο πρέπει να είναι ικανό να πετάξει μόνο του, χρησιμοποιώντας προηγούμενες οδηγίες, διατηρώντας σταθερή πτήση κατά μήκος μιας προκαθορισμένης διαδρομής. Πρέπει να προσγειωθεί και να απογειωθεί επανειλημμένα σε βραχώδες έδαφος του Άρη. Τέλος, πρέπει να είναι σε θέση να επιβιώσει από τις σκληρές συνθήκες του Άρη, όπου η θερμοκρασία πέφτει στους 100 βαθμούς Φαρενάιτ ή χαμηλότερη κάθε βράδυ.
Οι μηχανικοί της JPL σχεδίασαν ένα copter με μάζα 1 κιλό. ένα μικρό κλάσμα της μάζας των 900 κιλών του Curiosity rover. Οι λεπίδες της έλικας εκτείνονται 1,1 μέτρα από το άκρο της λεπίδας έως την άκρη της λεπίδας και είναι ικανές να περιστρέφονται σε 3400 περιστροφές ανά λεπτό. Το σώμα έχει μέγεθος περίπου ενός κουτιού ιστού.
Το copter είναι ηλιακό, με έναν δίσκο ηλιακών κυττάρων να συγκεντρώνει αρκετή ισχύ κάθε μέρα για να τροφοδοτήσει μια πτήση δύο έως τριών λεπτών και να θερμαίνει το όχημα τη νύχτα. Μπορεί να πετάξει περίπου μισό χιλιόμετρο εκείνη τη στιγμή, συλλέγοντας εικόνες για μετάδοση στον έλεγχο του εδάφους όσο πηγαίνει. Οι μηχανικοί αναμένουν ότι η αναγνώριση που συγκεντρώνει το drone copter θα είναι ανεκτίμητη στο σχεδιασμό των οδηγών ενός rover, τριπλασιάζοντας την απόσταση που μπορεί να διανυθεί σε μια μέρα.
Αναφορές και περαιτέρω ανάγνωση:
Χάρη στον Mark Maimone του NASA Jet Propulsion Laboratory για πληροφορίες σχετικά με τις καθημερινές αποστάσεις περιέργειας και περιουσίας.
Τζ. Biesiadecki, P. C. Leger και M.W. Maimone (2007), «ανταλλαγές μεταξύ κατευθυνόμενης και αυτόνομης οδήγησης στους εξερευνητές του Άρη», The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
Ε. Howell, το Opportunity Mars rover διασχίζει 41 χιλιόμετρα προς το «Marathon Valley», Space Magazine, Δεκέμβριος 2014.
T. Reyes, Ένα απίστευτο ταξίδι, το Mars Curiosity rover φτάνει στη βάση του όρους Sharp. Space Magazine, Σεπτέμβριος 2014.
Το ελικόπτερο θα μπορούσε να είναι «ανιχνευτής» για τον Άρη. Δελτίο τύπου της NASA Jet Propulsion Laboratory. 22 Ιανουαρίου 2015.
Crazy Engineering: Το ελικόπτερο του Άρη. Βίντεο της NASA Jet Propulsion Laboratory.
Curiosity- Mars Science Laboratory, NASA.
Mars - Μελλοντικά σχέδια rover. ΝΑΣΑ
