L'helicòpter de Mart Ingenuity de la NASA es prepara per al seu primer vol

Clic per engrandir. Una il·lustració de l'helicòpter Ingenuity de la NASA volant per
Mart. Crèdit: NASA/JPL-Caltech

La NASA té com a objectiu que l'helicòpter Ingenuity a Mart, (no abans del 8 d'abril), el primer intent de vol motoritzat i controlat d'una aeronau en un altre planeta. No obstant això, abans que l'helicòpter de 1,8 quilograms pugui intentar el seu primer vol, tant ell com el seu equip han de complir una sèrie de fites d'enormes proporcions.

Ingenuity roman unit a la panxa del rover Perseverance de la NASA, a on  va aterrar a Mart el 18 de febrer. El 21 de març, el rover va desplegar l'escut de grafit en forma de caixa de guitarra que va protegir Ingenuity durant l'aterratge. El rover es troba actualment en trànsit cap a l'"aeròdrom" on Ingenuity intentarà volar. Un cop desplegat, Ingenuity disposarà de 30 dies marcians, o sols, (31 dies terrestres) per realitzar la seva campanya de vols de prova.

"Quan el rover Sojourner de la NASA va aterrar a Mart el 1997, va demostrar que l'exploració del Planeta Vermell era possible i va redefinir completament el nostre enfocament sobre com explorar Mart. De la mateixa manera, volem conèixer el potencial que té Ingenuity per al futur de la investigació científica", va dir Lori Glaze, directora de la Divisió de Ciència Planetària a la seu de la NASA. "Encertadament anomenat, Ingenuity és una demostració tecnològica que pretén ser el primer vol amb motor en un altre món i, si té èxit, podria expandir encara més els nostres horitzons i ampliar l'abast del que és possible amb l'exploració de Mart".

Volar de forma controlada a Mart és molt més difícil que fer-ho a la Terra. El planeta vermell té una gravetat important (aproximadament un terç de la de la Terra), però la seva atmosfera és només un 1% més densa que la de la Terra a la superfície. Durant el dia marcià, la superfície de la planeta rep només la meitat de la quantitat d'energia solar que arriba a la Terra durant el dia, i les temperatures nocturnes poden baixar fins a 90 graus Centígrads sota zero, el que pot congelar i esquerdar els components elèctrics sense protecció.

Per poder encaixar en els espais disponibles del Perseverance, l'helicòpter Ingenuity ha de ser petit. Per volar en l'entorn de Mart, ha de ser lleuger. Per sobreviure a les gèlides nits marcianes, ha de tenir suficient energia per alimentar els escalfadors interns. El sistema des del rendiment dels seus rotors en l'aire enrarit fins als seus panells solars, escalfadors elèctrics i altres components, han estat provat una i altra vegada a les càmeres de buit i als laboratoris de proves del Laboratori de Propulsió a Jet (JPL) de la NASA al sud de Califòrnia. 

"Cada pas que hem donat des que va començar aquest viatge fa sis anys, ha estat un territori inexplorat en la història de les aeronaus", va dir Bob Balaram, enginyer en cap de l'helicòpter de Mart al JPL. "I encara que aconseguir desplegar-lo en la superfície serà un gran repte, sobreviure a aquesta primera nit a Mart sol, sense que el rover el protegeixi i el mantingui alimentat, serà un repte encara més gran".

Clic per engrandir. El model de vol de l'helicòpter marcià Ingenuity de la
NASA. Crèdit: NASA/JPL-Caltech

Desplegament de l'helicòpter

Abans que el Ingenuity emprengui el seu primer vol a Mart, s'ha de situar en el centre del seu aeròdrom, un terreny marcià de 10 per 10 metres triat per la seva planitud i absència d'obstacles. Una vegada que els equips de l'helicòpter i del rover confirmin que Perseverance està situat exactament on volen que estigui dins de l'aeròdrom, comença l'elaborat procés de desplegament de l'helicòpter en la superfície de Mart. 

"Com tot el que passa amb l'helicòpter, aquest tipus de desplegament no s'ha fet mai abans", va dir Farah Alibay, cap d'integració de l'helicòpter a Mart per al rover Perseverance. "Una vegada que comencem el desplegament ja no hi ha marxa enrere. Totes les activitats estan estretament coordinades, són irreversibles i depenen unes de les altres. Si hi ha fins i tot un indici que alguna cosa no va com s'esperava, podem decidir aturar-nos durant un sol, (un dia marcià), o més fins que tinguem una millor idea del que està passant". 

El procés de desplegament de l'helicòpter durarà uns sis sols (sis dies i quatre hores a la Terra). En el primer sol, l'equip a la Terra activarà un dispositiu de trencament de perns, alliberant un mecanisme de bloqueig que va ajudar a mantenir l'helicòpter fermament contra la panxa del rover durant el llançament i l'aterratge a Mart. En el següent sol, dispararan un dispositiu pirotècnic de tall de cables, el que permetrà que el braç mecanitzat que subjecta l'Ingenuity comenci a girar l'helicòpter fora de la seva posició horitzontal. En aquest moment, l'helicòpter estendrà dues de les seves quatre potes d'aterratge. 

Durant el tercer sol de la seqüència de desplegament, un petit motor elèctric acabarà de girar l'Ingenuity fins que s'enganxi, posant l'helicòpter completament vertical. Durant el quart sol, les dues últimes potes d'aterratge s'encaixaran en la seva posició. En cada un d'aquests quatre sols, el sensor topogràfic de gran angular per a operacions i enginyeria (WATSON) prendrà imatges de confirmació de l'Ingenuity a mesura que es desplega en la seva configuració de vol. En la seva posició final, l'helicòpter queda suspès a uns 13 centímetres sobre la superfície marciana. En aquest moment, només un pern i un parell de dotzenes de diminuts contactes elèctrics connectaran l'helicòpter al Perseverance. En el cinquè sol del desplegament, l'equip aprofitarà l'última oportunitat per a utilitzar Perseverance com a font d'energia i carregar les sis cel·les de la bateria de l'Ingenuity.

"Una vegada que tallem el cordó amb el Perseverance i deixem caure aquests cinc centímetres finals a la superfície, volem que el nostre gran amic s'allunyi el més aviat possible perquè els raigs de Sol arribin al nostre panell solar i comencin a recarregar les nostres bateries", va dir Balaram.

En el sisè i últim sol programat d'aquesta fase de desplegament, l'equip haurà de confirmar tres coses: que les quatre potes de Ingenuity estan fermament situades en la superfície del cràter Jezero, que el rover s'hagi allunyat efectivament, uns 5 metres, i que tant l'helicòpter com el rover es comuniquin mitjançant les seves ràdios a bord. Aquesta fita també inicia el rellotge de 30 sols durant el qual s'han de fer totes les comprovacions prèvies al vol i les proves de vol.

"Ingenuity és una prova de vol d'enginyeria experimental: volem veure si podem volar a Mart", va dir Mimi Aung, director del projecte Ingenuity Mars Helicopter al JPL. "No hi ha instruments científics a bord ni objectius per obtenir informació científica. Confiem que totes les dades d'enginyeria que volem obtenir tant en la superfície de Mart com en l'aire es puguin realitzar dins d'aquesta finestra de 30 sols".

 Proves de funcionament al laboratori. Crèdit: NASA/JPL.

Amb el desplegament, els equips de l'helicòpter i del rover abordaran la propera prova de vol de manera metòdica. Si l'equip falla o té dubtes sobre una fita important prèvia al vol, pot prendre un o més sols per esbrinar millor el problema. Malgrat això, si l'helicòpter sobreviu a la primera nit del període de seqüència en la superfície de Mart, l'equip passarà els següents sols fent tot el possible per assegurar un vol un èxit, com el gir de les pales del rotor i la verificació del rendiment de la unitat de mesura inercial, així com la prova de tot el sistema del rotor durant un gir a 2.537 rpm (mentre el tren d'aterratge de l'Ingenuity roman fermament en la superfície).  

La primera prova de vol a Mart

Una vegada que l'equip estigui a punt per a intentar el primer vol, Perseverance rebrà i transmetrà a Ingenuity les instruccions finals de vol dels controladors de la missió del JPL. Diversos factors determinaran el moment precís del vol, incloent la modelització dels patrons de vent locals i els mesuraments realitzats per l'Analitzador de Dinàmica Ambiental de Mart (MEDA) a bord del Perseverance. L'Ingenuity farà funcionar els seus rotors a 2.537 rpm i, si totes les auto-verificacions finals són bones, s'enlairarà. Després d'ascendir a una velocitat d'aproximadament 1 metre per segon, l'helicòpter es mantindrà a 3 metres sobre la superfície durant un màxim de 30 segons. A continuació, l'helicòpter baixarà i aterrarà de nou a la superfície marciana.

Diverses hores després del primer vol, el Perseverance descarregarà el primer conjunt de dades d'enginyeria de l'Ingenuity i, possiblement, imatges i vídeo de les càmeres de navegació del rover i de la Mastcam-Z. A partir de les dades descarregades aquesta primera nit després del vol, l'equip de l'helicòpter de Mart espera poder determinar si el seu primer intent de volar per Mart haurà estat un èxit. 

En el següent sol, totes les dades d'enginyeria restants recollides durant el vol, així com algunes imatges en blanc i negre de baixa resolució de la pròpia càmera de navegació de l'helicòpter, podrien ser descarregades al JPL. El tercer sol d'aquesta fase, les dues imatges preses per la càmera de color d'alta resolució de l'helicòpter haurien d'arribar. L'equip de l'helicòpter de Mart farà servir tota la informació disponible per a determinar quan i com avançar en la seva pròxima prova.

"Mart és dur", va dir Aung. "El nostre pla és treballar el que sigui que el planeta vermell ens repti de la mateixa manera com fem servir cada desafiament que hem afrontat en els últims sis anys: junts, amb tenacitat, molt treball dur, i una mica d'enginy".

L'helicòpter Marcià Ingenuity de la NASA va arribar al planeta vermell el 18 de
febrer de 2021. La seva missió: Aconseguir el primer vol amb motor en
un altre món. Crèdit: NASA / JPL-Caltech

Un tros d'història

Mentre que l'Ingenuity intentarà el primer vol controlat amb motor en un altre planeta, el primer vol controlat amb motor a la Terra va tenir lloc el 17 de desembre de 1903, a les dunes assotades pel vent de Kill Devil Hill, prop de Kitty Hawk a Carolina de Nord. Orville i Wilbur Wright van recórrer un mica més de 36 metres en 12 segons durant el primer vol. Els germans Wright van realitzar quatre vols aquest dia, cada un més llarg que l'anterior.

Una petita quantitat de material que cobria una de les ales de l'avió dels germans Wright, conegut com el Flyer, durant el primer vol, es troba ara a bord de l'Ingenuity. Es va utilitzar una cinta aïllant per embolicar el petit tros de tela al voltant d'un cable situat sota el panell solar de l'helicòpter. Els Wright van utilitzar el mateix tipus de material, una mussolina sense blanquejar anomenada "Pride of the West" per cobrir les ales dels seus planadors i avions a partir de 1901. La tripulació de l'Apol·lo 11 va portar un tros d'aquest material, juntament amb una petita estella de fusta del Wright Flyer, a la anada i tornada a la Lluna durant la seva emblemàtica missió del juliol de 1969. 

Més sobre l'Ingenuity

L'helicòpter de Mart Ingenuity ha estat construït pel JPL, que també gestiona la demostració tecnològica per a la seu de la NASA. Compta amb el suport de la Direcció de Missió Científica de la NASA, la Direcció de Missió de Recerca Aeronàutica de la NASA i la Direcció de Missió de Tecnologia Espacial de la NASA. El Centre d'Investigació Ames de la NASA i el Centre d'Investigació Langley van proporcionar importants anàlisi de rendiment de vol i assistència tècnica. 

A la seu de la NASA, Dave Lavery és l'executiu del programa de l'helicòpter de Mart Ingenuity. Al JPL, Mimi Aung és la directora del projecte i J. (Bob) Balaram és l'enginyer en cap.

Pels docents: Porteu l'emoció de l'Ingenuity a les aules i les famílies a través del conjunt d'eines de l'Oficina de Participació STEM de la NASA. Educadors, estudiants i famílies poden seguir la missió construint un helicòpter de paper o codificant un videojoc de Ingenuity.

Per a més informació sobre Ingenuity: 

https://www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/ingenuity/landing/ i

https://mars.nasa.gov/technology/helicopter

Ho he vist aquí.