La NASA si sta preparando per effettuare il primo tentativo di volo a motore controllato di un aereo su un altro pianeta, quello dell’elicottero Ingenuity su Marte. Ma prima che l’elicottero da 1,8 chilogrammi possa tentare il suo primo volo, sia lui che il suo team sulla Terra devono raggiungere una serie di traguardi davvero difficili. Uno di questi traguardi era sopravvivere alla prima notte sul pianeta rosso e Ingenuity l’ha appena raggiunto con successo, emergendo oggi, perfettamente funzionante, dalla notte marziana.
Il futuro delle esplorazioni di altri pianeti sarà in elicottero, grazie ad Ingenuity
Ingenuity è giunto su Marte attaccato alla pancia del rover Perseverance della NASA, che è atterrato sul pianeta Rosso il 18 febbraio. Il 21 marzo, il rover ha rimosso lo scudo per i detriti in composito di grafite che proteggeva Ingenuity durante l’atterraggio, dando così inizio alla complicata manovra per posizionare correttamente l’elicottero sulla superficie marziana. Una volta posizionato nel luogo prescelto, Ingenuity avrà 30 giorni marziani, o sol, (ovvero 31 giorni terrestri) per condurre il suo volo di prova.
Volare in modo controllato su Marte è molto più difficile che volare sulla Terra. Il pianeta rosso ha una gravità significativa (circa un terzo di quella terrestre) ma la sua atmosfera è densa solo l’1% di quella terrestre in superficie. Durante il giorno marziano, la superficie del pianeta riceve solo circa la metà della quantità di energia solare che raggiunge la Terra durante il giorno e le temperature notturne possono scendere fino a meno 90° Celsius, il che può congelare e rompere i componenti elettrici non protetti.
Tutto questo ha reso la progettazione di Ingenuity una vera sfida, ed il successo della sua missione potrebbe aprire le porte per l’esplorazione di altri pianeti attraverso l’uso di elicotteri sempre più complessi e più grandi.
Come ha dichiarato Elio Morillo, Systems Engineer della missione ingenuity, durante un wbinar tenutosi questa sera: “lo scopo di Ingenuity è quello di provare che in futuro sarà possibile superare i limiti dei rover con gli elicotteri. Gli elicotteri come Ingenuity potranno muoversi più agilmente tra crateri, canyon e asperità del terreno e spostarsi più velocemente per raggiungere i punti di interesse. L’obiettivo futuro è quello di usare i dati e i successi di Ingenuity per poter costruire elicotteri sempre più grandi e migliori.”
Per rientrare negli alloggi disponibili forniti dal rover Perseverance, l’elicottero Ingenuity doveva essere di piccole dimensioni. Per volare nell’ambiente di Marte, doveva essere leggero. Per sopravvivere alle gelide notti marziane, doveva avere abbastanza energia per alimentare il sistema di riscaldamento interno, testato nelle camere a vuoto e nei laboratori di prova del Jet Propulsion Laboratory della NASA.
Il campo di volo di Ingenuity
Prima che Ingenuity effettui il suo primo volo su Marte, dovrà trovarsi esattamente al centro del suo campo di volo: una zona di 10 x 10 metri scelta per la sua piattezza e la mancanza di ostacoli. Verma, membro del team delle operazioni robotiche, ha dichiarato infatti che “siamo stati davvero fortunati a trovare un luogo così piatto e liscio, eccetto qualche roccia, che sembra essere perfetto come campo di volo per Ingenuity”.
Una volta che i team di Ingenuity e Perseverance hanno confermato che il rover si trovava esattamente nel punto esatto all’interno del campo di volo, ha avuto inizio l’elaborato processo per posizionare l’elicottero sulla superficie di Marte.
Come Perseverance ha posizionato l’elicottero sulla superficie marziana: la danza del rover e dell’elicottero
Il processo di spiegamento dell’elicottero ha richiesto circa sei sol (sei giorni, quattro ore sulla Terra). Nel primo sol, il team sulla Terra ha attivato un dispositivo di rottura dei bulloni, rilasciando il meccanismo di bloccaggio che teneva l’elicottero saldamente attaccato alla pancia del rover durante il lancio e l’atterraggio su Marte.
Il sol seguente, il braccio meccanizzato che tratteneva Ingenuity di iniziare ha iniziato a ruotare l’elicottero dalla sua posizione orizzontale. Questo è stato anche il momento in cui l’elicottero ha esteso due delle sue quattro gambe. Durante il terzo sol della sequenza di schieramento, un piccolo motore elettrico ha portato l’elicottero in posizione verticale. Durante il quarto sol, le altre due gambe sono state posizionate.
Nella sua posizione finale, l’elicottero è rimasto sospeso a circa 13 centimetri sulla superficie marziana ed un singolo bullone e un paio di dozzine di minuscoli contatti elettrici collegheranno l’elicottero a Perseverance. Al quinto sol del dispiegamento, il team ha sfruttato l’ultima opportunità per utilizzare Perseverance come fonte di energia e caricare le sei celle della batteria di Ingenuity.
Nel sesto e ultimo sol in programma di questa fase di schieramento, il team dovrà ha dovuto fare attenzione a tre cose: che le quattro gambe di Ingenuity fossero saldamente posizionate sulla superficie del cratere Jezero; che il rover si fosse allontanato di circa 5 metri. di distanza e che sia l’elicottero che il rover comunichino correttamente tra loro. Questa è la milestone che avvia anche l’orologio da 30 sol durante il quale devono essere effettuati tutti i controlli preliminari e i test di volo.
In questa fase iniziale di posizionamento, la comunicazione tra il rover ed Ingenuity è stata di vitale importanza. Come l’ha definita Farah Alibay, la “danza tra il rover e l’elicottero per il posizionamento di Ingenuity è stato un lavoro di squadra tra i due team della missione”.
Si avvicina il delicato momento del volo
Ora dunque ci si avvicina agli ultimi passi prima del primo test di volo. Ingenuity ha superato la prima notte marziana. I prossimi passi saranno liberare le pale del rotore e verificare le prestazioni dell’unità di misura inerziale, oltre a testare l’intero sistema del rotore durante uno spin-up a 2.537 giri/min (mentre il carrello di atterraggio di Ingenuity rimarrà saldamente sulla superficie).
Per ora l’elicottero Ingenuity Mars è emerso dalla sua prima notte sulla superficie di Marte, dove le temperature serali possono scendere fino a meno 90 gradi Celsius, il che può congelare e rompere i componenti elettrici non protetti e danneggiare le batterie di bordo necessarie per il volo. Sopravvivere quella prima notte dopo essere stato posizionato sulla superficie il 3 aprile è dunque una delle pietre miliari raggiunte. Nei prossimi giorni Ingenuity sarà dunque il primo elicottero a tentare un volo controllato e motorizzato su un altro pianeta.
Per i prossimi due giorni, Ingenuity raccoglierà informazioni sulle prestazioni dei sistemi di controllo termico e di alimentazione ora che il piccolo elicottero si trova da solo nell’ambiente di Marte. Queste informazioni verranno utilizzate per mettere a punto il sistema di controllo termico di Ingenuity per aiutarlo a sopravvivere alle dure notti di Marte durante l’intero periodo dell’esperimento di volo
l 7 aprile, è previsto che vengano rilasciati i vincoli che tengono insieme le pale del rotore. Inizieranno poi anche i controlli dell’unità di misura inerziale (un dispositivo elettronico che misura l’orientamento e la velocità angolare di un corpo) e dei computer di bordo incaricati di pilotare autonomamente l’elicottero. Inoltre, il team continuerà a monitorare le prestazioni energetiche dell’elicottero, compresa la valutazione della potenza del campo solare e dello stato di carica delle sei batterie agli ioni di litio del velivolo.
Una volta che il team sarà pronto per tentare il primo volo, Perseverance riceverà e trasmetterà a Ingenuity le istruzioni di volo finali dai controllori di missione JPL. Diversi fattori determineranno il tempo preciso per il volo, inclusa la modellazione dei modelli di vento locale e le misurazioni effettuate dal Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) a bordo di Perseverance. Ingenuity farà funzionare i suoi rotori a 2.537 giri/min e decollerà. Dopo essere arrivato ad una velocità di circa 1 metro al secondo, l’elicottero rimarrà sospeso a 3 metri sopra la superficie per un massimo di 30 secondi. Quindi, il Mars Helicopter scenderà e atterrerà di nuovo sulla superficie marziana.
Diverse ore dopo il primo volo, Perseverance effettuerà il downlink della prima serie di dati tecnici di Ingenuity e, possibilmente, di immagini e video dalle telecamere di navigazione del rover e da Mastcam-Z. Dai dati trasferiti la prima sera dopo il volo, il team di Mars Helicopter si aspetta di essere in grado di determinare se il loro primo tentativo di volare su Marte sia stato un successo.
I responsabili del team della missione di Ingenuity hanno affermato che Perseverance proverà ad effettuare un video dello storico momento in cui Ingenuity prenderà il volo. Ma la sua riuscita non è sicura, il rover infatti deve continuare a concentrarsi sulle sue missioni e inviare immagini essenziali per la localizzazione anche di Ingenuity su Marte. Ma il team afferma che proveranno comunque a fare un tentativo.
Così come proveranno anche a registrare il suono dell’elicottero in volo su Marte con i microfoni di Perseverance. Una missione davvero molto complicata e che potrebbe non avere successo, dato che il rover si troverà a circa 60/65 metri dall’elicottero, e dunque potrebbe non sentire nulla.
Non ci resta dunque che attendere per scoprire se il volo di Ingenuity sarà un successo e se potremo vederlo o sentirlo.
Credito Immagine: NASA / JPL-Caltech
