“Séítah” Bölgesindeki Dengeleme Riskleri

Ingenuity, bu ayın başında Uçuş 24 ile nehir deltasına doğru yolculuğuna devam etti. Bu uçuş 3 Nisan Pazar günü gerçekleşti ve veriler o akşam daha sonra geri geldi. Uçuş, Ingenuity’nin Jezero Krateri’nin “Séítah” bölgesini geçmek ve deltasının yakınına varmak için yapacağı beş sortiden dördüncüsüydü. Séítah boyunca bu çoklu uçuş kısayolu, şu anda aynı bölgeye daha dolambaçlı bir rotada harika zaman geçiren Perseverance gezicisinin önünde olmak için yapılıyor.

Yaratıcılık ve Mars 2020 ekiplerinin deltadaki helikopter için büyük planları var. Ama önce oraya varmaları gerekiyor ve Uçuş 24’ten önce üç farklı uçuş planından hangisinin başarılı bir delta varış şansı sunduğu konusunda çok önemli bir karar verilmesi gerekiyordu.

‘Séítah’ dışında Mars Helikopter Güzergah Seçenekleri: NASA’nın Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) aracındaki HiRISE kamerasından alınan bu açıklamalı havai görüntü, ajansın Mars Ingenuity Helikopterinin “Séítah” bölgesinin dışına uçuşlar yapması için üç seçeneğin yanı sıra giriş, iniş ve iniş konumunu gösteriyor. (EDL) donanımı. Kredi: NASA/JPL-Caltech/Arizona Üniversitesi/USGS

Masadaki üç seçenek şunlardı:

• Seçenek A: tek, uzun bir uçuş.
• B seçeneği: iki kısa uçuş.
• C seçeneği: Séítah’tan uzun uçuşu A seçeneğinden biraz daha kolay hale getirmek için çok kısa bir Uçuş 24.

Bu seçeneklerden hangisine yeşil ışık yakılacağına karar verirken, Mars Helikopter ekibi birden fazla faktörü göz önünde bulundurmak zorunda kaldı: termal, atmosferik koşullar, uçuş süresi, sürüklenme, iniş yerleri ve geziciye ayak uydurmak. Bu faktörlerin her birini ve genel risk değerlendirmesinde ve kararımızın seçiminde nasıl bir rol oynadıklarını keşfedeceğiz.

Termal Sınırlamalar

Uzay aracı için “termal”, her bileşenin sıcaklıklarının yönetimini ifade eder. Ingenuity’nin her parçası, her parçanın güvenli bir şekilde çalıştırılabileceği bir sıcaklık aralığı sağlayan İzin Verilebilir Uçuş Sıcaklıkları (AFT) olarak adlandırılan değerlere sahiptir. Telefonunuz veya bilgisayarınızın bile önerilen bir sıcaklık aralığı vardır: Çok soğuk veya çok sıcak ve amaçlandığı gibi çalışmayacaktır. Ingenuity’nin sağlığını sağlamak için “AFT’ler içinde” kalmak çok önemlidir, bu da bunu yönetmek için çok dikkatli olduğumuz anlamına gelir – örneğin, hava soğukken geceleri ısıtıcılar kullanarak ve gün boyunca, hava daha sıcakken faaliyetleri sınırlayarak. Ingenuity için özel bir zorluk, aktüatörlerinin, servoların ve uçmasına izin veren motorların sıcaklığını yönetmektir (bunlardan bazılarına buradan bakın). Bu bileşenler, uçuş sırasında, maksimum uçuş süresinin genellikle bu aktüatörlerin maksimum AFT’si ile sınırlandığı ölçüde çok fazla ısı üretir.

Atmosferik Mevsim Koşulları

Bu blogu takip ediyorsanız, Eylül ayından bu yana azaltılmış hava yoğunluğu ile çalıştığımızı ve rotor devrinde 2.537’den 2.700’e bir artış gerektirdiğimizi bileceksiniz. Örneğin 14 numaralı uçuş, Ingenuity’nin bu koşullarda uçabileceğini doğrulamak için yapılan bir kontrol uçuşuydu. O zamandan beri tüm uçuşlar için Ingenuity, 2.700 rpm ile başarılı bir şekilde çalışıyor. Ne yazık ki, daha yüksek bir devir kullanmak, aktüatörlerin daha hızlı ısınmasına ve AFT’lerine daha erken ulaşmasına neden olarak maksimum uçuş süresini sınırlar. Pratik olarak, bu bizi 130 saniye veya daha kısa uçuşlarla sınırladı. Neyse ki, düşük hava yoğunluğuyla Mars yazının sonuna doğru ve daha yüksek hava yoğunluklarıyla (aşağıya bakınız) Mars sonbaharına doğru hareket etmeye başlıyoruz, yani artık ilk 13 uçuşumuzun 2.537 rpm’sine dönebiliriz. . Devirdeki bu değişiklik, uçuş süresinin yaklaşık 150 saniyeye çıkarılmasına izin verir. Bununla birlikte, atmosferik yoğunluk söz konusu olan tek faktör değildir: Yoğunluktaki değişikliklerin ana itici gücü, aynı zamanda – tahmin ettiniz – Yaratıcılığın sıcaklığı üzerinde büyük bir etkisi olan atmosferin sıcaklığıdır.

Yazdan çıktığımızda hava, ilkbahardaki önceki uçuşlarımıza kıyasla şimdi daha sıcak. Bu nedenle, yaz boyunca Mars’ta yerel ortalama güneş saatiyle (LMST) sabah 10:00’da uçuyor olmamıza rağmen, Ingenuity ilkbaharda saat 12:00 LMST’deki uçuşlardan daha sıcaktı. Daha sıcak bir atmosfer, daha sıcak bileşenler anlamına gelir, yani maksimum AFT’lere daha erken ulaşırız. Bu, saat 10:00 LMST’de uçarken, daha önce yaptığımız kadar uzun süre uçamayacağımız anlamına gelir, 9, 10 ve 12 sefer sayılı uçuşlarda olduğu gibi.

Mars Atmosfer Yoğunluk Modeli: Mars’ta yaz (düşük yoğunluk) ve kış (daha yüksek yoğunluk) arasındaki atmosferik yoğunluğun mevsimsel değişimine ilişkin modeller, NASA’nın Mars Yaratıcılık Helikopterinin orijinal RPM’sine dönmesi için Mart ayı sonlarında hava yoğunluğunun yeterince yüksek olacağını tahmin ediyor. Kredi: NASA/JPL-Caltech

Uçuş Süresi ve Mesafe

Jezero Crater’deki mevcut atmosferik koşullarla, aktüatörlerin AFT’leri toplam uçuş süresi için sınırlayıcı faktördür. Uçuş 24 ve ötesi için farklı seçeneklere daha ayrıntılı bir göz atalım:

• Seçenek A: Deltadan uzun uçuş, önceki uçuşlarımızın maksimumu olan 170 saniyelik uçuş gerektirir. Atmosfer daha fazla soğuyana kadar bu mümkün değildir.
• B seçeneği: İki kısa uçuş, önceki “yaz” uçuşlarımızla aynı şekilde çalışıyor: 130 saniye uçuş süresi. Bu uçuş süresi herhangi bir değişiklik olmadan mümkündür.
• C seçeneği: İlk uçuş, kısa bir atlama, ikinci uçuş için gereken uçuş süresini 160 saniyeye düşürmek için tasarlanmıştır. Bu, eğer: i) rpm’yi 2,537’ye düşürürsek ve ii) daha düşük atmosferik sıcaklıklara sahip olmak için sol’da daha erken uçarsak mümkündür.

Ekip, 30 dakika erken saat 09:30 LMST’de uçarak uçuş süresinin 10 saniye artırılabileceğini belirledi. Ancak, Ingenuity daha önce hiç 09:30 LMST’de uçmamıştı, bu yüzden bu yeni bir “ilk” olacaktı. Ve daha erken uçmak, helikopterin pillerinin şarj durumuyla ilişkili riskleri de beraberinde getirir: Ingenuity, gece boyunca kendini ısıtmak için güç kullanır ve pillerini güneş paneliyle yeniden şarj eder, bu da pillerin sabahları daha az şarj olacağı anlamına gelir. Eğer 9:30’da uçmayı seçersek, ilk önce test etmemiz gerekir – bu saatte Ingenuity’yi uçmadan uyandırmak, bir uçuş için yeterli şarjı olup olmadığını kontrol etmek.

Özetle, mevcut farklı maksimum uçuş süresi seçenekleri şunlardır:

• 130 saniye (temel)
• 150 saniye (düşük devir)
• 160 saniye (düşük devir ve daha erken uçuş süresi)

Uçuş süresi normalde kat edilen mesafeye eşittir, ancak aynı zamanda gerçekleştirilen manevralara da bağlıdır. Örneğin, yerinde döndürme (“yalpalama” olarak adlandırılır), yavaş yavaş yapılır (en azından Mars’ta), hiçbir mesafe kat edilmeden birkaç saniye sürer. Bu nedenle, daha fazla sapma manevrası olan Mars Helikopteri uçuşları, aynı uçuş süresinde o kadar uzağa gitmezler.

Tüm bu faktörler, C seçeneğiyle – kısa atlama – devreye girer. Bu uçuş, çeşitli nedenlerle 160 saniyelik daha uzun uçuşu mümkün kılacaktır: 1) 2.537 rpm’de geri uçmak için bir check-out testidir, 2) 09:30 LMST’de uçmak için bir testtir ve 3) zaman alan sapma manevralarını yaparak ve ikinci uçuş için hedefe biraz daha yaklaşarak sonraki uçuş için uçuş süresi. Bu adımların üçü de Séítah’tan 160 saniyelik bir uçuş sağlamak için gereklidir.

sürüklenme

Daha önce tartışıldığı gibi, Ingenuity düz bir zemin üzerinde uçmayı bekleyen bir teknoloji demosuydu. Tepeler, uçurumlar, büyük kayalar ve büyük kum tepeleri gibi “düz olmayan” araziler üzerinde uçarken, Ingenuity’nin konumu ve yönüne ilişkin tahmini sapma gösterebilir. Bu sürüklenme, iniş elipsi adı verilen, inebileceği daha geniş bir alana yol açar. Ne kadar uzağa uçarsa, potansiyel kayma o kadar büyük ve iniş elipsi o kadar büyük olur. Séítah bölgesi, bu düz olmayan özelliklerin çoğuna sahiptir (üstteki veya üstteki resimdeki kum tepelerine ve kayalara bakın). interaktif harita), Yaratıcılığın bu bölge üzerinde uçmasını daha riskli hale getiriyor. Yaklaşan uçuşlarla ilgili ek bir zorluk, gökyüzü vinci, paraşütler ve arka kabuk dahil olmak üzere Perseverance’ın giriş, iniş ve iniş (EDL) donanımlarının varlığıdır. Yeşil noktalar (şekil 1’de) bu donanımın yörünge görüntülerinden tahmin edilen konumlarını gösterir. Bu bileşenlerin bazıları, Ingenuity’nin lazer altimetresinden (helikopterin yüzeyden yüksekliğini ölçen bir lazer) ve daha fazla kaymaya neden olabilecek görsel odometri sisteminden beklenmeyen bir performans potansiyeli sunan B seçeneğinin uçuş yolu altındadır.

İniş Siteleri

Ingenuity’nin her uçuşunun, iniş için güvenli olması ve beklenen kayma için yeterince büyük olması için analiz edilen planlanmış bir iniş elipse (veya bazen sadece bir iniş bölgesine) sahiptir. Buradaki zorluk, kayalar, büyük eğimler ve hatta EDL donanımı gibi tehlikelerden arındırılmış, yeterince geniş bir iniş alanı bulmaktır. Séítah’ta büyük iniş alanları bulmak zordur, bu nedenle potansiyel kaymayı azaltmak ve dolayısıyla iniş elipsinin gerekli boyutunu azaltmak için daha kısa uçuşlar tercih edilir. Séítah’ın dışında, arazi nispeten düz ve helikopter dostudur, bu da büyük iniş elipslerine ve daha fazla sürüklenme ile uzun uçuşlara izin verir. Farklı seçeneklere ve iniş sitelerine bakalım:

• Seçenek A: Séítah’ın dışında geniş ve güvenli bir iniş elipsi.
• B seçeneği: Uçuş 24’ün iniş elipsi Séítah’ın içindedir, boyutunu sınırlar ve orta mesafeli bir uçuş gerektirir, daha az marj verilir ve Séítah’ın dışına inişten biraz daha riskli hale gelir.
• C seçeneği: İlk iniş alanı (Uçuş 24 için) yalnızca kısa bir uçuş gerektirir, bu da potansiyel sürüklenme miktarını azaltır ve önceki uçuş 23’ün nispeten büyük iniş elipsi içinde kalır.

Rover’a ayak uydurmak

Azim nehir deltasına giderken büyük ilerleme kaydediyor ve Ingenuity’nin deltaya geziciden önce varmak için ayak uydurması önemlidir. Bunun iki nedeni var: telekomünikasyon ve güvenlik. Ingenuity, yalnızca Perseverance’daki helikopter baz istasyonuyla iletişim kurar, bu nedenle iyi bir bağlantıya sahip olmak için yeterince yakın kalması gerekir. Güvenlik açısından, en kötü senaryoda herhangi bir yakın temas riskini en aza indirmek için, gezicinin yanından veya yakınından uçmaktan kaçınmak için Ingenuity’nin Perseverance’ın önünde uçması idealdir.

Dengeleme Riskleri

Riski dengelemek için hangi seçeneğin en iyi ödünleşimleri verdiğini görmek için yukarıdaki faktörlerin her birini gözden geçirelim:

Hangi seçeneği seçerdiniz?

Yaratıcılık operasyonlarında sıklıkla olduğu gibi, tüm faktörler için en iyi olan bariz bir çözüm yoktur: Takaslar, mevcut verilere ve ekip üyelerinin yargılarına dayalı olarak yapılmalıdır. Bu durumda, helikopter ekibi ile gitmeye karar verdi. C seçeneği.

Ingenuity Mars Helikopteri uçuşları için resmi pilotun seyir defterinin bu görüntüsü – “Gezegenler ve Aylar için Nominal Pilotun Seyir Defteri” – NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nda, Ingenuity’nin ilk tarihi uçuşunun yapıldığı gün olan 19 Nisan 2021’de çekildi. Pilot seyir defterleri, havacılar tarafından, mevcut ve birikmiş uçuş süresi, kalkış ve inişlerin sayısı ve yerleri ile benzersiz çalışma koşulları ve sertifikalar dahil olmak üzere uçuşlarının bir kaydını sağlamak için kullanılır. Kredi: NASA/JPL-Caltech

Uçuş 24 Özeti

C seçeneğiyle, 24 numaralı uçuş kısa bir sıçrama ve 2.537 rpm ile 09:30 LMST’de yalpaladı ve bizi 25 numaralı uçuşta Séítah’tan çıkmak için hazırladı.

Uçuş #: 24
Hedefler: 2.537 rpm’de test uçuşu, 09:30 LMST uçuşu
Rakım: 10 metre
Havada zaman: 69,5 saniye
Mesafe: 47 metre

Seyir defterimizde Uçuş 24 ile, şimdi Séítah dışında bir rota çizen yaklaşan çabalarımızı beklemenin zamanı geldi. Dün bağlantı kurulan 25 numaralı uçuş, Ingenuity’yi 704 metre kuzeybatıya gönderecek (mevcut rekor olan Uçuş 9’dan neredeyse 80 metre daha uzun). Helikopterin yer hızı saniyede yaklaşık 5.5 metre olacak (başka bir rekor) ve yaklaşık 161.5 saniye boyunca nadir Mars havasında olmayı bekliyoruz.

Deltada görüşürüz!

Yaratıcılık Operasyonları Mühendisi Ben Morrell tarafından yazıldı. NASAJet Tahrik Laboratuvarı.