A NASA sugárhajtómű laboratóriuma nemrégiben bejelentette, hogy egy kisméretű drón helikoptert fejleszt ki a jövő Mars útjainak felderítésére. Miért kellene a Mars vezetõinek ilyen robot útmutatóra? A válasz az, hogy a Marson vezetés nagyon nehéz.
Itt a Földön a vulkáni felni felfedezésére vagy a mentők segítésére szolgáló robotok távirányítóval, joystick-lal vezérelhetők. Ennek oka az, hogy a rádiójelek szinte azonnal eljutnak a robothoz a vezérlőközpontból. A holdon történő vezetés nem sokkal nehezebb. A fénysebességgel haladó rádiójeleknek körülbelül két és fél másodperc alatt el kell fordulniuk, hogy oda-vissza utazzanak a holdra és vissza. Ez a késés nem elég hosszú ahhoz, hogy súlyosan zavarja a távirányító vezetését. Az 1970-es években a szovjet ellenőrök ilyen módon vezettek a Lunokhod holdkocsikhoz, és sikeresen felfedezték több mint 40 km-es holdföldet.
A Marson vezetés sokkal nehezebb, mert annyira messze van. A jeleknek a földhöz viszonyított helyzetétől függően 8 és 42 perc között lehet az út. Az előre programozott utasításokat el kell küldeni a rovernek, amelyet ezután önmagában végrehajt. Minden marsi meghajtó órányi gondos tervezést igényel. A rover navigációs kameráival készített sztereó képeket a mérnökök gondosan ellenőrzik. A Marson keringő űrhajók képei néha további információkat szolgáltatnak.
A rover úgy programozható, hogy egyszerűen végrehajtja a Földről küldött vezetési parancsok listáját, vagy felhasználhatja a navigációs kamerák által készített és a fedélzeti számítógépek által feldolgozott képeket a sebesség mérésére és az akadályok vagy veszélyek észlelésére. Még saját biztonságos útját is megtervezheti egy meghatározott cél eléréséhez. A földről szóló utasítások alapján hajtott járművek a leggyorsabbak.
A Mars Exploration Rovers szelleme és lehetősége akár 124 métert is meghajthat óránként ilyen módon. Ez körülbelül egy amerikai futballpálya hosszának felel meg. De ez a mód a legkevésbé biztonságos is volt.
Amikor a rover aktívan irányítja magát a kameráival, az előrehaladás biztonságosabb, de sokkal lassabb az összes szükséges képfeldolgozás miatt. Ez akár 10 méterrel óránként is haladhat, ami körülbelül a célvonal és a 10 yardos vonal közötti távolság egy amerikai futballpályán. Ezt a módszert akkor kell alkalmazni, amikor a rovernek nincs világos képet az előző útvonalról, ami gyakran fordul elő a durva és dombos terep miatt.
2015 eleje óta a legtávolabbi Curiosity egyetlen nap alatt megtett 144 métert. Az Opportunity leghosszabb napi meghajtója 224 méter volt, ami két amerikai futballpálya távolsága volt.
Ha a földi irányítók jobban megismernék az előző utat, akkor útmutatásokat dolgozhatnak ki, amelyek lehetővé teszik a jövőbeli rover számára, hogy egy nap alatt biztonságosan haladjon.
Itt jön a drón helikopter gondolata. A helikopter minden nap el tudna repülni a rover előtt. A légiforgalmi pontról készült képek felbecsülhetetlen értékűek lennének a földi irányítók számára a tudományos érdekű pontok azonosításához és az odajutási útvonalak megtervezéséhez.
A helikopter repülése a Marsra külön kihívást jelent. Az egyik előnye az, hogy a marsi gravitáció csak 38% -kal erősebb, mint a Földé, így a helikopternek nem kell annyi emelőt generálnia, mint a Földön azonos tömegű. A helikopter légcsavarjának pengéje a levegő lefelé tolásával növeli az emelést. Ezt nehezebb megtenni a Marson, mint a Földön, mert a marsi légkör százszor vékonyabb. Ha elegendő levegőt kell kiszorítani, a hajócsavaroknak nagyon gyorsan meg kell forogniuk, vagy nagyon nagynak kell lenniük.
A helikopternek képesnek kell lennie önmagában repülni, előzetes utasítások felhasználásával, stabil repülést tartva egy előre meghatározott útvonalon. A sziklás marsi terepen többször le kell szállnia és fel kell szállnia. Végül képesnek kell lennie arra, hogy túlélje a Mars kemény körülményeit, ahol a hőmérséklet minden éjszaka 100 Fahrenheit-fokra vagy ennél alacsonyabb szintre esik.
A JPL mérnökei 1 kg tömegű helikoptert terveztek; a Curiosity rover 900 kg-os tömegének apró része. A hajócsavarjai 1,1 méter távolságra vannak a pengétől a kés hegyéig, és percenként 3400 fordulattal forognak. A test körülbelül egy szövetdoboz méretű.
A helikopter napelemesen működik, napelemekkel ellátott lemeze minden nap elegendő energiát gyűjt ahhoz, hogy két-három perces repülést hajthasson végre, és éjszaka melegítse a járművet. Kb. Fél kilométer alatt repülhet, és képeket gyűjthet a földi irányításhoz továbbítás céljából. A mérnökök azt várják, hogy a drón-helikopter összegyűjtése felbecsülhetetlen értékkel jár a rover hajtásainak megtervezésében, megháromszorozva egy nap alatt megtett távolságot.
Hivatkozások és további olvasmányok:
Köszönet Mark Maimone-nak, a NASA sugárhajtómű laboratóriumának a kíváncsiság és az esély napi vezetési távolságaival kapcsolatos információkért.
J. J. Biesiadecki, P. C. Leger és M. W. Maimone (2007), „A Mars irányító és önálló vezetése közötti kompromisszumok a Mars felfedező roverjein”, The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, az Opportunity Mars rover 41 kilométert meghalad a „Marathon Valley” felé, a Space Magazine, 2014. december.
T. Reyes, Hihetetlen utazás, a Mars Curiosity rover eléri a Sharp hegyét. A Space Magazine, 2014. szeptember.
A helikopter „felderítő” lehet a Mars lovasai számára. A NASA sugárhajtású laboratóriumi sajtóközlemény. 2015. január 22.
Crazy Engineering: A Mars helikopter. NASA sugárhajtómű laboratóriumi videó.
Curiosity - Mars Science Laboratory, NASA.
Mars - A jövő rover tervei. NASA
