Слабая атмосфера, жестокие морозы и никакой помощи с Земли: в каких условиях придётся летать вертолёту на Марсе Статьи редакции
Первый полёт NASA назначило на 11 апреля, но вопросов об операции накопилось предостаточно.
В феврале на поверхность Марса благополучно сел ровер Perseverance («Настойчивость»). Его основная задача — поиски признаков жизни. Для этого Perseverance будет исследовать марсианский грунт «на месте», а также бурить его, извлекать образцы и готовить их к первой в истории доставке на Землю в 2031 году.
Помимо этого, на Perseverance возложена ещё одна историческая миссия. С его помощью учёные NASA хотят запустить вертолёт Ingenuity («Изобретательность») — первый атмосферный летательный аппарат на другой планете. Всего запланировано пять полётов, первый из них должен состояться 11 апреля.
Выглядит первый полёт Ingenuity совсем нехитрым делом. Вертолёт должен оторваться от поверхности, взлететь на три метра и продержаться так 30 секунд, после чего сесть обратно на грунт. Но то, что очень просто сделать на Земле, на Марсе оборачивается чередой сложностей.
Сложность номер один: никакой интерактивности
Ровером Perseverance управляют специалисты NASA с Земли, получая от него поток телеметрии и посылая взамен команды управления. Для этого марсоходу хватает бортового компьютера с одноядерным PowerPC-процессором с частотой 200 МГц, 256 МБ оперативной памяти и флеш-накопителем объёмом 2 ГБ.
Perseverance передаёт данные спутнику MRO на орбите Марса со скоростью до 2 МБит/сек. Спутник же держит связь с Землёй через систему Deep Space Network (сеть дальней космической связи). Это большие радиоантенны в США, Испании и Австралии. При надобности марсоход может и сам напрямую связаться с Землёй через Deep Space Network со скоростью до 3000 бит/сек.
Сейчас между Землёй и Марсом более 270 миллионов километров. На то, чтобы пройти от Земли до Марса и обратно, радиосигнал тратит не меньше получаса. При таком «пинге» управлять марсоходом очень трудно, а вертолётом и вовсе невозможно. Максимальное время полёта Ingenuity — всего полторы минуты. Батарея вертолёта сядет в 20 раз быстрее, чем он дождётся следующей команды с Земли.
Поэтому марсианский вертолёт должен будет летать сам, анализируя видеопоток с маленькой камеры и корректируя полёт в реальном времени. Задача весьма ресурсоёмкая, так что на Ingenuity поставили компьютер помощнее: 4-ядерный процессор с частотой 2,26 ГГц, 2 ГБ оперативной памяти и флеш-накопитель на 32 ГБ.
Для специалистов NASA полёты Ingenuity будут проходить практически вслепую. У них не будет возможности знать, всё ли в порядке — вертолёт не может передавать телеметрию в полёте. Так что специалистам останется лишь ждать, как отработают заранее написанные программы, не имея никакой возможности что-то поправить «на ходу».
Сложность номер два: морозные ночи
4 апреля марсоход опустил Ingenuity на грунт и отъехал в сторону, чтобы не мешать будущим взлётам и посадкам. Вертолёт остался один на один с марсианскими ночами, во время которых температура падает до −90 °C.
Электрическая «начинка» вертолёта такого холода не выдержит — она потрескается и выйдет из строя. Поэтому батарея Ingenuity с помощью плёночных нагревателей должна не дать температуре внутри корпуса упасть ниже −15 °C.
За электропитание Ingenuity отвечают шесть литий-ионных аккумуляторов производства Sony. Их общая ёмкость достигает 40 Вт⋅ч, и заряжаться они должны от солнечной батареи вертолёта. Перед тем, как опустить вертолёт на грунт, марсоход подзарядил его аккумуляторы от своей батареи.
6 апреля стало ясно, что свою первую ночь на поверхности Марса Ingenuity успешно пережил. Но до первого полёта пройдёт ещё как минимум пять таких ночей.
Сложность номер три: очень слабая атмосфера и гравитация
Этот пункт и сподвиг NASA затеять миссию с вертолётом. Дело в том, что у поверхности Марса плотность атмосферы примерно равна плотности земной атмосферы на высоте 30 километров. А ведь именно от этого показателя зависит величина подъёмной силы, которую могут создать винты вертолёта.
Рекорд высоты полёта для вертолётов на сегодняшний день составляет 12,4 километра и принадлежит французскому Aérospatiale SA 315B Lama. Но обычно даже горные вертолёты не взлетают выше шести километров.
Чтобы в таких условиях оторваться от поверхности, марсианскому вертолёту придётся «молотить винтами» в пять раз интенсивнее, чем это делают его земные собратья. Ротор Ingenuity будет вращаться со скоростью до 2537 об/мин против 500 об/мин у обычных вертолётов.
Вертеть с такой скоростью лопастями диаметром 1,2 метра — дело нетривиальное. Требуется крайне точная балансировка и подгонка деталей. На испытаниях в земных лабораториях первые прототипы то и дело выходили из-под контроля.
Чтобы решить эту проблему, инженерам пришлось изготовить более лёгкие и одновременно более жёсткие винты, а также пойти ещё на ряд ухищрений. Их усилия увенчались успехом — прототипы стали нормально взлетать.
Но как поведёт себя вертолёт в реальности, точно сказать не может никто. Да, инженеры NASA имитировали в испытательных камерах марсианские условия: откачивали большую часть воздуха, меняли его газовый состав. Вот только есть фактор, который так просто не смоделировать — гравитация.
Из-за меньшей силы тяжести Ingenuity на Марсе весит всего 680 граммов вместо земных 1,8 килограмма. С одной стороны, это поможет взлёту, а с другой — вполне может оказать непредвиденный эффект и нарушить всю программу полёта. Изменить которую уже не получится.
Отдавая дань значимости миссии, инженеры NASA закрепили под солнечной панелью вертолёта кусочек ткани с крыла Flyer I — планера братьев Райт, на котором они в 1903 году совершили первый в истории полёт на самолёте. Если братья открыли авиационную эру на Земле, то Ingenuity должен открыть её на Марсе.
Для этого марсоходу хватает бортового компьютера с одноядерным PowerPC-процессором с частотой 200 МГц, 256 МБ оперативной памяти и флеш-накопителем объёмом 2 ГБ.
А тем временем приложение "подушка пердушка" на консумерских обмылках требует не менее 4 ядер, 4 ГБ ОЗУ и 8 ГБ на накопителе
Так разраб-Васян из нижних пердищ не заморачивается с оптимизацией, а у наса все оптимизировано донельзя
Которые в случае подобных "подушек пердушек"
они в первую очередь нужны для консьюмерских приложений, где time-to-market - одна из ключевых метрик, в отличие от наса. Вот наши военные тоже на допотоном железе и ПО живут и не жалуются. И это нормально, это разные рынки
Anything else you can share with us that engineers might find particularly interesting?
This the first time we’ll be flying Linux on Mars. We’re actually running on a Linux operating system. The software framework that we’re using is one that we developed at JPL for cubesats and instruments, and we open-sourced it a few years ago. So, you can get the software framework that’s flying on the Mars helicopter, and use it on your own project. It’s kind of an open-source victory, because we’re flying an open-source operating system and an open-source flight software framework and flying commercial parts that you can buy off the shelf if you wanted to do this yourself someday. This is a new thing for JPL because they tend to like what’s very safe and proven, but a lot of people are very excited about it, and we’re really looking forward to doing it.
QNX, кстати вполне ничего, особенно когда процессов больше 8 (ну к примеру несколько независимых).
А если ещё меньше оперативной памяти (например 1гб всего), а процессов больше 18ти - тогда LynuxOS.
а тем временем пользователь визжит как свин и удаляет приложение, если оно не дай бог не такое красивое, как могло бы быть.
Вот нахуй им этот Марс сдался, может быть лучше на земле порядок навели
«Вот нахуй им эта «Новая Земля» сдалась? Лучше бы порядок в Европе навели»- рандомный микрочел из XVI века
Ну и кстати интересно как инженеры и программисты на земле порядок наводили бы
Зачем концентрировать все ресурсы на чём-то одном? Это не выглядит разумной стратегией.
а не надо концентрировать на чем то одном, просто не надо тратить на всякую херню
Несколько миллионов астероидов вместе с авторитарными странами рады вашему комментарию.
+10 рейтинга к должности на случай ядерной зимы или пробитии озонового слоя и +20% стать пушечным мясом в предстоящей войне где ни будь в горячей точке.
UPD:
Кстати рубль сегодня подешевел... тоже марсоход виноват на Марсе?
Слабая атмосфера, жестокие морозы и никакой помощи с Земли
Спасибо за детальное описание Томска
Ну до оборотов винтов можно доебаться тк скорость вращения зависит от их размера, на мавике например диапозон от 5к до 9к в мин
не читал комменты, но может уже кто-то поправил про то, что вертолет не может иметь 2 кг на Земле и 600 грамм на Марсе, но может иметь разный вес?
да, но вес в Ньютонах :(
весит аналогично 600 г объекту на Земле, возможно так?
Либо я просто зануда и можно забить)
Вес в ньютонах прозрачно транслируется в килограммы с помощью устройства, которое называется "весы". Писать такие уточнения смысла нет, даже учёные между собой так не буквоедствуют.
Ну, всё-таки научно-популярная статья предполагает отсутствие упрощений хотя бы в рамках школьной программы...
Нихрена не понятно про то, куда данные передаёт сам ingenuity.
Он может на спутник передавать?
Или только через perseverance?
Какими сенсорами, оборудованием оснащён чтоб суметь аэродинамические данные собрать? Или какие данные он может собрать?
Для того что бы добить до спутника на низкой орбите Марса у него естественно нет на это нужной антенны и усилителя, ибо одним из важнейших целей всего проекта была минимально возможная масса аппарата. Поэтому короткий полет будет полностью автономным, будут сделаны фотки, возможно даже с высокой частотой что бы сделать небольшой ролик. Далее, после посадки и зарядки батарей солнечной панелью, фотки и телеметрия будет передана марсоходу, насколько я помню по протоколу ZigBee на 2,4 Ггц, это достаточно известный, достаточно энергоэффективный, беспроводной интерфейс для систем умных домов, применяется например в лампочках Philips Hue и проч. Ну а далее Perseverance все передаст спутнику, он НАСА, ну а после обработки, нам на TJ. Кроме фоток и телеметрии самого аппарата (высота, ускорение) больше никаких данных он передавать не должен.
Первые шаги (точнее, прыжки) к будущему Ingenuity Видео NASA / JPL-Caltech
Комментарий удален