Пять полётов в атмосфере Марса. Это максимум, который был отпущен первому вертолёту, который работал в небесах другого мира. И он сделал это. Его имя – «Ingenuity» (Изобретательность). Аппарат многократно превзошёл все ожидания, и совершил 72 полёта!
Однако больше марсианский вертолёт «Ingenuity» никуда не полетит. К огромному разочарованию, по крайней мере одна из четырёх лопастей двух вращающихся в противоположных направлениях несущих винтов получила серьёзные повреждения во время последней посадки. И отважный вертолёт больше не сможет взмыть в небо.
Конечно же ожидалось, что «Ingenuity» рано или поздно прекратит полёты, ведь ничто не вечно. Однако такая новость, несомненно, вызвала грустные эмоции как среди инженерно-технического состава НАСА, так и среди простых граждан, интересующихся космонавтикой. Но есть и хорошая новость. Да, как вертолёт наш герой ушёл на пенсию. Но как робот продолжает работать. Как будто отказываясь умирать и списываться в утиль…
Ведь его история уникальна. Давайте вспомним её основные вехи.
Марсианский вертолёт «Ingenuity» отправился на Марс с космодрома на мысе Канаверал вместе со своим коллегой, марсоходом «Perseverance» (Настойчивость) 30 июля 2020 года. Роботы достигли поверхности марсианского кратера Езеро 18 февраля 2021 года. 21 марта защитная оболочка вертолёта была отделена и сброшена на поверхность Красной планеты. Затем начали разворачиваться элементы вертолёта. Всё это время он висел, прикреплённый к «днищу» марсохода.
3 апреля, на 44-й сол миссии, «Ingenuity» наконец опустился на марсианский грунт, упав с «брюха» «Perseverance», преодолев при этом 13 сантиметров. Теперь маленький летающий робот мог полагаться только сам на себя. И только на свои батареи. Он стал взрослым и решительным аппаратом, никак не зависящим ни от кого на этой ледяной и безжизненной планете.
19 апреля 2021 года стал историческим днём для человечества. В 19:34 UTC «Ingenuity» совершил свой первый полет с использованием двигателя, совершённый в другом мире. Он длился 39,1 секунды, и в ходе него вертолёт поднялся на 3 метра, а скорость вращения его лопастей превысила 2500 оборотов в минуту.
Вертолёт взлетел и снова приземлился в точке взлёта, получившей символическое название «Поле братьев Райт».
«Ingenuity» предстояло, как уже отмечалось выше, совершить всего пять полётов, чтобы не мешать научным работам, запланированным с участием «Perseverance». Ведь если честно, команда марсохода на самом деле очень неохотно дала добро на включение вертолёта в свою миссию. Просто административный ресурс и лишение билетов на американский футбол сделали своё дело (шутка). Со временем ситуация сгладилась. Вертолёт полетел на Марс.
Первые четыре полета «Ingenuity» осуществлялись по схеме «взлетели-сели» в одной и той же точке. Но уже во время четвёртого полета «Ingenuity» продвинулся по горизонтали на 266 метров вперёд и прилетел обратно.
В пятом полете, который состоялся 7 мая, «Ingenuity» впервые приземлился в точке, отличной от точки взлёта. Этот полет завершил этап демонстрации технологической возможности использования подобных летательных аппаратов в атмосфере Марса. Немного покумекав, в НАСА решили, что учитывая очевидный успех, было бы глупо прекращать испытания, тем более что летательный аппарат находился в отличном состоянии. И полёты было решено продолжить.
«Ingenuity» летал всё выше, всё дальше и всё быстрее, но никогда не удалялся дальше километра от марсохода для поддержания с ним постоянной связи, поскольку сам по себе отважный вертолёт не может напрямую связаться с Землей или марсианскими орбитальными аппаратами.
«Ingenuity» перемещался по своей собственной программе, иногда опережая «Perseverance», иногда следуя за ним, и в нескольких случаях продемонстрировал свою крайнюю ценность в качестве отличного наблюдателя, анализируя местность, которую должен был пересечь марсоход.
19 апреля 2022 года наш герой пролетел над остатками теплового экрана и парашюта марсохода.
Но всё когда-нибудь заканчивается. Драматические события разворачивались следующим образом: после почти двух лет успешной эксплуатации, 6 января 2024 года, «Ingenuity» совершил свой 71-й полет. Однако при этом он совершил вынужденную посадку после достижения 12-метровой высоты.
Пролетая над безликой песчаной местностью, черно-белая навигационная камера VGA, работающая на частоте 30 МГц, не смогла идентифицировать достаточно камней или ориентиров для безопасной навигации и решила прервать полет.
18 января руководители миссии решили совершить еще один небольшой прыжок длительностью полминуты с набором высоты 12 метров без горизонтального смещения, чтобы проверить состояние систем.
«Ingenuity» поднялся в свой 72-й полет и, достигнув высоты 12 метров, оставался неподвижным в одном и том же положении в течение 4,5 секунды, после чего приступил к снижению со скоростью 3,6 км/ч. К сожалению, на этом этапе навигационная система снова потеряла ориентацию. И, вероятнее всего, выполнила манёвр уклонения, полагая, что она движется горизонтально относительно земли, хотя на самом деле её горизонтальная скорость была равна нулю.
В результате вертолёт накренился, и одна из его лопастей столкнулась с грунтом, что привело к её повреждению. При этом связь с марсоходом и, следовательно, с Землей была потеряна.
Но на следующий день контакт был восстановлен! И вроде бы всё было хорошо, и оператор, управлявший вертолётом в момент происшествия, даже успел мысленно зачислить себе на зарплатную карту обратно 85 миллионов долларов, что должны были вычесть у него из ближайшей получки, но тут пришли изображения с камеры. На которых была видна ужасающая картина: тень одного из лезвий имела неправильный профиль! Это был полный крах…
Из-за повреждённой лопасти и застревания в неблагоприятной для навигации местности НАСА приняло решение, что «Ingenuity» больше никогда не сможет летать. И 25 января было объявлено об официальном завершении миссии первого в истории космонавтики вертолёта, поднявшегося в небо Марса.
Вряд ли «Perseverance» поедет посмотреть, что там реально приключилось с «Ingenuity», ведь это не входит в научные задачи, которые решает марсоход. Всё, что он может, это сделать хоть какой-то снимок несчастного вертолёта с расстояния более 200 метров.
Приключения «Ingenuity» на Марсе подошли к концу. Теперь нам остаётся только ждать, пока НАСА отключит его навсегда.
(Остаётся только надеяться, что марсоход не бросит коллегу. И когда в ЦУПе будут спать, сгоняет выручить по-тихому братишку, починит ему лопасть и незаметно вернётся назад). Шутка.
Итак, что же мы имеем в итоге? Марсианский вертолёт «Ingenuity» совершил 72 полета в небесах Красной планеты, преодолев расстояние 17 километров. В общей сложности он оставался в воздухе более двух часов, а точнее 128,8 минут. Робот достиг максимальной высоты 24 метра и максимальной скорости 36 км/ч.
Выжить так долго на Марсе – это тоже огромный успех, потому что холодные марсианские ночи подвергают электронику любого космического посланца с Земли значительному испытанию.
Полёты на Марсе, имеющем атмосферу, плотность которой составляет всего лишь 1% от плотности земной, тоже дело не совсем простое. Небольшой экспериментальный вертолёт Лаборатории реактивного движения весом всего 1,8 кг смог добиться этого благодаря своим относительно большим несущим винтам диаметром 1,2 метра и высокой скорости вращения.
«Ingenuity» имеет небольшую солнечную батарею, которая предназначена для зарядки литий-ионного аккумулятора, обеспечивающего мощность около 350 Вт. Этого вполне достаточно для осуществления полётов продолжительностью около 90 секунд на расстояние до 300 метров со средней высотой около 5 метров.
Вертолёт оснащён операционной системой на базе Linux, которая работает на двух небольших компьютерах: один используется для навигации, с четырёхъядерным процессором Qualcomm Snapdragon 801 с частотой 2,26 ГГц, а другой отвечает за полётные задачи, он оснащён микроконтроллером ARM Cortex R5.
Марсианский вертолёт наглядно продемонстрировал, что на Красной планете может вполне эффективно эксплуатироваться летательный аппарат, способный за короткое время, с небольшими затратами и, главное, надёжно исследовать большие территории.
Благодаря успеху «Ingenuity» НАСА решило включить два вертолёта в программу MSR (Mars Sample Return), целью которой будет доставка образцов марсианского грунта на Землю.
Эти вертолёты будут иметь роботизированную руку и колеса, чтобы собирать образцы, оставленные «Perseverance», и доставлять их на посадочный зонд, который затем отправит их на марсианскую орбиту и оттуда на Землю.
Вертолёты будут иметь массу 2,3 кг, диаметр их лопастей составит 1,4 метра (на 20 сантиметров больше, чем у «Ingenuity»). Роботы будут действовать как план Б на случай, если «Perseverance» выйдет из строя (при уменьшении финансирования может полететь только один вертолёт).
Китай тоже рассматривает возможность включения вертолётов в состав своей миссии на Марс, которая так же предполагает доставку образцов с Красной планеты («Тяньвэнь-3»).
Без успеха «Ingenuity» никто бы и не подумал об использовании вертолётов в подобных экспедициях.
«Ingenuity» родился когда-то как простой экспериментальный прототип.
Но стал легендой среди отважных исследователей других планет.
Всем добра.