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Der Ingenuity-Hubschrauber der NASA schrieb Geschichte, indem er auf dem Mars flog


Anmerkung der Redaktion: Diese Geschichte wurde mit Details zum zweiten und dritten Flug von Ingenuity aktualisiert.


Ein Helikopter ist gerade auf dem Mars geflogen. Die Ingenuity der NASA schwebte etwa 40 Sekunden über der Oberfläche des Roten Planeten und markierte den ersten Flug einer Raumsonde auf einem anderen Planeten.

In den frühen Morgenstunden des 19. April drehte der Hubschrauber seine Kohlefaser-Rotorblätter und erhob sich in die dünne Marsluft. Es erhob sich etwa drei Meter über dem Boden, drehte sich, um den Perseverance-Rover der NASA zu betrachten, machte ein Foto und setzte sich wieder auf den Boden.

„Gänsehaut. Es sieht genauso aus, wie wir es in unseren Testkammern getestet haben“, sagte Ingenuity-Projektmanagerin MiMi Aung in einer Pressekonferenz nach dem Flug. „Absolut schöner Flug. Ich glaube nicht, dass ich jemals aufhören kann, es mir immer wieder anzusehen.“

Als gegen 6:35 Uhr EDT Daten vom Flug in den Missionskontrollraum von Ingenuity im Jet Propulsion Lab der NASA in Pasadena, Kalifornien, eingingen, wurde es still. Und dann brach Jubel aus, als Håvard Grip, Ingenuitys Führungs-, Navigations- und Kontrollleiter, verkündete: „Bestätigt, dass Ingenuity seinen ersten Flug durchgeführt hat, den ersten Flug eines Motorflugzeugs auf einem anderen Planeten.“

Der Ingenuity-Hubschrauber der NASA schrieb Geschichte, indem er auf dem Mars flog
Der Ingenuity-Hubschrauber der NASA machte dieses Foto seines eigenen Schattens, während er am 19. April etwa drei Meter in der Marsluft schwebte.JPL-Caltech/NASA

„Es ist erstaunlich, brillant. Alle sind super aufgeregt“, sagte Maschinenbauingenieurin und Teammitglied Taryn Bailey. „Ich würde sagen, es ist ein Erfolg.“

Der ursprünglich für den 11. April geplante Flug wurde verschoben, um die Software des Hubschraubers zu aktualisieren, nachdem ein Test der Rotorblätter Probleme beim Umschalten vom Preflight- in den Flugmodus zeigte. Nach dem Neustart deutete ein Hochgeschwindigkeits-Schleudertest am 16. April darauf hin, dass die Schicht wahrscheinlich funktionieren würde, und bereitete die Bühne für den Flug am 19. April.

„Ich habe dich nie voll feiern lassen. Jedes Mal, wenn wir einen wichtigen Meilenstein erreicht haben, denke ich, noch nicht, noch nicht“, sagte Aung dem Team kurz nach der Bestätigung des Fluges. Jetzt ist der Moment zum Feiern, sagte sie. „Nimm dir diesen Moment und lass uns danach wieder an die Arbeit und mehr Flüge machen. Glückwünsche.“

Einfallsreichtum stieg am 19. April zum ersten Mal in die dünne Marsatmosphäre und bewies, dass ein Flug auf einem anderen Planeten möglich ist. Dieses Video wurde vom Perseverance-Rover aufgenommen, der aus sicherer Entfernung zuschaute.

Dieser allererste Flug war ein Test der Technologie; Ingenuity wird während seiner Mission, die ab dem Moment der Trennung vom Rover 30 Marstage dauern soll, keine Wissenschaft betreiben, was 31 Tagen auf der Erde entspricht. Aber der Erfolg beweist, dass Motorflug in der dünnen Marsatmosphäre möglich ist. Zukünftige Fluggeräte auf dem Mars könnten Rovern oder menschlichen Astronauten dabei helfen, sichere Wege durch unbekannte Landschaften zu finden oder schwieriges Gelände zu erreichen, das ein Rover nicht durchqueren kann.

„Technologiedemonstrationen sind für uns alle sehr wichtig“, sagte Thomas Zurbuchen, stellvertretender Administrator des Science Mission Directorate der NASA. „Wir nehmen ein Werkzeug, das wir nicht verwenden konnten, und legen es in die Werkzeugkiste, die wir für alle unsere Missionen auf dem Mars zur Verfügung haben.“

Der Flug von Ingenuity war der Höhepunkt von mehr als sieben Jahren des Vorstellens, Bauens, Testens und Hoffens für das Flugteam.

„Darum geht es beim Bauen von einzigartigen Systemen und Flugexperimenten: Entwerfen, testen, aus dem Design lernen, das Design anpassen, testen, bis zum Erfolg wiederholen“, sagte Aung in einer Pressekonferenz am 9. April.

Aung und ihr Team begannen 2014 damit, erste Prototypen eines Mars-Hubschraubers in einer 7,62 Meter breiten Testkammer am JPL zu testen. Es sei nicht selbstverständlich, dass das Fliegen auf dem Mars überhaupt möglich sei, sagte Aung. „Es ist aus vielen verschiedenen Gründen eine Herausforderung.“

Bevor es mit dem Rover Perseverance zum Mars fuhr, wurde Ingenuity ausführlichen Tests in einem Marssimulator auf der Erde unterzogen. Seine Ingenieure experimentierten mit frühen Prototypen und später mit Ingenuity selbst. Diese Tests überzeugten das Team davon, dass das Raumschiff in der dünnen Atmosphäre des Mars fliegen könnte.

Obwohl die Schwerkraft des Mars nur etwa ein Drittel der Erdanziehung beträgt, beträgt die Dichte der Luft etwa 1 Prozent der auf Meereshöhe auf der Erde. Es ist schwierig für die Rotorblätter des Hubschraubers, hart genug gegen diese dünne Luft zu drücken, um vom Boden abzuheben.

Eine andere Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist, dass die Luft auf dem Mars dünner ist als dreimal so hoch wie der Mount Everest, sagte Ingenuity-Ingenieurin Amelia Quon vom JPL in der Pressekonferenz. „Wir fliegen im Allgemeinen nicht so hoch“, sagte Quon. „Es gab einige Leute, die bezweifelten, dass wir genug Auftrieb erzeugen könnten, um in dieser dünnen Marsatmosphäre zu fliegen.“

Also haben Quon und ihr Team den Helikopter fünf Jahre lang einer Reihe von Tests unterzogen. „Meine Aufgabe … war es, den Mars auf der Erde zu erschaffen, und zwar genug davon, dass wir tatsächlich unseren Hubschrauber darin fliegen konnten“, sagte Quon. Die Mars-Simulationskammer könnte von Erdluft geleert und mit marsähnlichen Dichten mit Kohlendioxid vollgepumpt werden. Einige Versionen des Hubschraubers wurden von der Decke aufgehängt, um die geringere Schwerkraft des Mars zu simulieren. Und Windgeschwindigkeiten von bis zu 30 Metern pro Sekunde wurden von einer Bank von etwa 900 Computerventilatoren simuliert, die auf den Helikopter blasen.

Die endgültige Version von Ingenuity ist leicht, etwa 1,8 Kilogramm. Seine Flügel sind länger (etwa 1,2 Meter Spannweite) und rotieren schneller (etwa 2.400 Umdrehungen pro Minute), als ein ähnliches Fahrzeug benötigt, um auf der Erde fliegen zu können. Als der Hubschrauber im Juli 2020 mit dem Perseverance-Rover per Anhalter zum Mars fuhr, waren die Ingenieure zuversichtlich, dass der Hubschrauber fliegen und die Kontrolle über den Mars behalten könnte (SN: 30.07.20).

Beharrlichkeit landete am 18. Februar in einer Region namens Jezero-Krater (SN: 22.02.21). Der Helikopter war bis zum 21. März unter einem Schutzschild unter Perseverances Bauch zusammengefaltet.

In den nächsten Wochen fuhr Perseverance herum, um einen flachen Platz für den Start von Ingenuity zu finden. Dann entfaltete sich Ingenuity langsam und wurde schließlich am 3. April sanft unter Perseverance auf den Boden abgesenkt. Der Rover fuhr schnell davon, um Ingenuity aus seinem Schatten zu holen und dem Hubschrauber zu ermöglichen, seine Batterien mit seinem Solarpanel aufzuladen, damit er genug Energie zum Überleben hat die eiskalte Marsnacht.

Ausdauer beim Auspacken des Ingenuity-Helikopters
Ingenuity kam zusammengefaltet unter dem Perseverance-Rover in einem Schutzschild von der Größe einer Pizzaschachtel auf dem Mars an. Nach der Landung ließ Perseverance den Schild fallen und senkte Ingenuity langsam auf den Boden, dann fuhr sie davon.JPL-Caltech/NASA

Am 8. und 9. April entfaltete Ingenuity seine Rotorblätter und testete ihre Fähigkeit, sich zu drehen, um in die Luft zu gehen. Nach der Behebung des Softwareproblems und einem erneuten Test der Rotorblätter am 16. April erhielt der Flug für den 19. April grünes Licht. Geplant war er für den 19. April um ca. 3:30 Uhr Eastern Daylight Time, was 12:30 Uhr Marszeit entspricht , am frühen Nachmittag. Das gab dem Solarpanel des Flugzeugs genug Zeit, um seine Batterien für den Flug aufzuladen. Es war auch eine Zeit, in der die Wettersensoren von Perseverance, genannt MEDA, eine durchschnittliche Windgeschwindigkeit von etwa sechs Metern pro Sekunde vorschlugen.

Einfallsreichtum testet seine Rotoren auf dem Mars
Der Ingenuity-Hubschrauber der NASA testete am 8. April anderthalb Wochen vor seinem ersten Flug in der dünnen Marsluft seine sich drehenden Rotorblätter.JPL-Caltech/NASA

Einfallsreichtum musste sich selbst durch den Flug steuern. Das liegt zum Teil an der Kommunikationsverzögerung – der Mars ist weit genug von der Erde entfernt, dass Lichtsignale etwa 15 Minuten brauchen, um zwischen den beiden Planeten zu wandern. Aber es liegt auch daran, dass die dünne Luft des Mars das Steuern des Helikopters erschwert. „Die Dinge passieren zu schnell, als dass ein menschlicher Pilot darauf reagieren könnte“, sagte Quon.

Perseverance filmte den Flug aus etwa 65 Metern Entfernung an einem Ort namens Van Zyl Overlook. Ingenuity hat den Flug auch aus seiner eigenen Perspektive gefilmt, mit zwei Kameras: Seine nach unten gerichteten Navigationskameras erfassen die Sicht darunter in Schwarzweiß und seine Farbkameras scannen den Horizont.

Selfie-Bild des Perseverance-Rovers mit dem Ingenuity-Hubschrauber im Hintergrund
Über mehrere Tage senkte der Perseverance-Rover der NASA den Ingenuity-Helikopter sanft auf den Boden und nahm dann am 6. April dieses Selfie aus etwa vier Metern Entfernung mit. Der Rover fuhr dann in eine sichere Entfernung von 65 Metern, um sich auf den ersten Flug von Ingenuity vorzubereiten.MSSS/JPL-Caltech/NASA

Das Team hofft, im Laufe der Ingenuity-Mission bis zu vier weitere Flüge durchführen zu können. Der zweite Flug fand früh am 22. April statt. Ingenuity stieg fünf Meter in die Luft, neigte sich, um zwei Meter seitlich zu fliegen, und drehte sich, um Fotos von seiner Umgebung zu machen, bevor er sicher landete. Beim dritten Flug am 25. April flog Ingenuity weiter und schneller als je zuvor, selbst bei Tests auf der Erde. Der Helikopter erhob sich fünf Meter in die Luft und flog horizontal 50 Meter, wobei er bei Höchstgeschwindigkeit zwei Meter pro Sekunde erreichte. Der Perseverance-Rover filmte Ingenuity, wie er in das Sichtfeld des Rovers ein- und ausflog und dann die Landung blockierte.

Jeder weitere Flug wird ein bisschen gewagter und riskanter. „Wir werden kontinuierlich bis an die Grenzen dieses Drehflüglers gehen“, sagte Aung in der Pressekonferenz am 19. April. Und jeder wird ein Nagelbeißer: Schon eine einzige Fehllandung könnte die Sache sofort beenden. Einfallsreichtum hat keine Möglichkeit, sich nach einem Sturz wieder aufzurichten.

Vielleicht endet die Mission so, gab Aung zu. „Letztendlich gehen wir davon aus, dass der Helikopter sein Limit erreichen wird“, sagte sie. Selbst wenn er schließlich bei einem Absturz zerstört wird, wird das Ingenieursteam wertvolle Informationen darüber gewinnen, wie der Hubschrauber schließlich ausfällt.

Am Ende der Ingenuity-Mission wird Perseverance losfahren, den kleinen Hubschrauber zurücklassen, der könnte, und seine eigene Mission fortsetzen: im Jezero-Krater nach Spuren des vergangenen Lebens zu suchen und Gesteine ​​​​für eine zukünftige Mission zur Rückkehr zur Erde zu lagern.

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