Ingenuity klaar voor eerste vlucht op zondag
Zondag 11 april 2021 zal de Ingenuity helikopter zijn eerste, 40 seconden durende, vlucht maken boven de Jezero krater op Mars. Dat is ongeveer vier keer langer dan de eerste vlucht van de gebroeders Wright 117 jaar geleden hier op Aarde. De eerste gegevens van de al dan niet geslaagde vlucht zullen pas maandagochtend Nederlandse tijd beschikbaar komen.
Het vluchtplan laat de Martiaanse helikopter ongeveer 3 meter boven het oppervlak vliegen. Er worden zwart-wit beelden van het landschap gemaakt. Daarnaast zal de horizon met een HD-kwaliteit worden gefilmd en zullen er andere gegevens worden verzameld. De vlucht zal plaatsvinden onder het toeziend oog van een camera op de Perseverance rover die ongeveer 60 meter van de landingsplaats van de Ingenuity is geparkeerd.
In de science fiction worden al minstens sinds 1890 denkbeeldige vluchten op Mars uitgevoerd. Toen beschreef Robert Cromie in zijn boek “A Plunge Into Space” over Martiaanse schepen die het luchtruim kozen. De Ingenuity is slechts een eenvoudig drone-achtig toestel maar de ambities zijn er niet minder om.
De dichtheid van de Martiaanse atmosfeer is slechts 1% van de Aardse atmosfeer dus een helikopter moet veel meer hefvermogen genereren om te kunnen vliegen dan op Aarde het geval is. De helikopter moet ook autonoom kunnen vliegen want de vluchtleiding op Aarde zit veel te ver weg om de helikopter met een joystick te bedienen. De helikopter moet zich ook na iedere vlucht zelf weer bijladen om de koude nacht met temperaturen tot wel -90 °C te kunnen overleven. Er zijn jaren van testen en vluchten met wisselend succes in luchtkamers uitgevoerd en een lange reis naar Mars om zo ver te komen.
Als de Ingenuity het haalt en de gegevens verzendt zoals gepland dan worden de zwart-wit beelden van de naar beneden gerichte camera iedere 30 seconden gemaakt en kunnen ze kenmerken op het oppervlak volgen. Op de lange termijn, zodra al deze beelden op Aarde zijn zullen de controllers in staat zijn om de snelheid, richting en beweging te schatten door naar de drift van de objecten te kijken.
Er is ook een 13 megapixel camera aan boord van de Ingenuity die naar de horizon wijst; deze camera zal tijdens de vlucht ook enkele foto’s maken. Ook zullen er uitgebreide technische gegevens worden verzameld, zoals uitlezingen van de hoogtemeter, die gebruikt zullen worden om toekomstige vliegende voertuigen te helpen. De langetermijnvisie van NASA is om drones in te zetten die ooit zouden kunnen klimmen naar gebieden die buiten bereik liggen van de huidige rovers, zoals bijvoorbeeld potentieel bewoonbare regio’s op de rode planeet. De drones zouden vooruit kunnen zoeken om zowel mensen als robots te helpen routes nog efficiënter uit te stippelen dan vandaag de dag mogelijk is vanuit een baan om de planeet.
De door zonne-energie aangedreven Ingenuity zal het ontwerp voor toekomstige drones bepalen. Het helikopterteam heeft 30 Sol (31 aardse dagen) om de eerste voorlopige vluchten uit te voeren. Ervan uitgaande dat Ingenuity de eerste vlucht overleefd zal er een rustpauze ingelast worden om de gegevens over te zenden en te beoordelen. Daarna zal er een tweede vlucht plaatsvinden met een zijwaartse beweging. Daaropvolgende vluchten zullen om de drie of vier Sol worden uitgevoerd. De vijfde vlucht, als Ingenuity dat haalt, zal een kans zijn om echt op te stijgen. Omdat die vlucht naar onbekend gebied gaat is de kans aanwezig dat de landing mislukt.
Ingenuity is het product van vijf jaar testen in hoogtekamers waarin men de Martiaanse atmosfeer probeerde te simuleren. In 2019 werd er een test met de kleine helikopter zelf uitgevoerd en die verliep volgens plan. De ontwerpers weten dus dat het theoretisch mogelijk is om op Mars te vliegen. Aan boord van de Perseverance bevindt zich een weerstation dat aangeeft of de weersomstandigheden gunstig zijn maar er is uiteraard nog steeds een element van onzekerheid op het moment dat besloten wordt het luchtruim te kiezen.
Bijkomende uitdagingen zijn er bij het terugsturen van alles vanuit Ingenuity en Perseverance. Zo zal het bijvoorbeeld maanden duren om de geplande vijf minuten durende video van de vlucht, opgenomen in 4K, terug te sturen naar de Aarde. De bandbreedte op Mars via de Mars Reconnaissance Orbiter naar het Deep Space Network van de NASA hier op Aarde kent zo zijn beperkingen.
In plaats daarvan wil JPL belangrijke frames uit die video selecteren en naar de Aarde overzetten in de hoop dat er minstens een frame bij is waar de Ingenuity in vlucht op is te zien. De Mastcam-Z panoramische camera is op de Ingenuity gericht en die is zodanig geprogrammeerd dat die camera de Ingenuity kan fotograferen. Althans, dat hoopt men.
De beste videoresolutie bedraagt zeven beelden per seconde maar slechts een deel van die afbeelding zal worden vastgelegd en worden gecomprimeerd voordat het naar de Aarde wordt gezonden. De Mastcam-Z heeft dit al geoefend door een korte video terug te sturen van de helikopter die zijn wieken met 50 omwentelingen per seconde test. De Ingenuity stond toen wel nog op de grond.
Het zal heel moeilijk zijn om de Ingenuity onder de juiste hoek te vangen. Mastcam-Z is ontworpen om grote stukken terrein te overzien terwijl de vlucht van de Ingenuity plaatsvindt in slechts een klein deel van het totale camerabeeld.
Het roverteam kan ook proberen om het geluid van de Ingenuity-vluchten vast te leggen met behulp van de SuperCam-microfoon aan boord van de Perseverance. Voor de eerste vlucht zijn hiervoor echter geen plannen.
De laatste keer dat NASA zo’n ambitieuze stap op de rode planeet zette was met de Sojourner-rover. Dit broodtrommel grote rovertje reed in 1997 enkele maanden op Mars rond. De Sojourner was een allereerste test om te zien of dergelijke autootjes op het ruige terrein van Mars ingezet konden worden. Het werkte boven verwachting goed en de Sojourner werd een voorbeeld voor de daaropvolgende generatie marsauto’s van de NASA (Spirit, Opportunity, Curiosity en nu Perseverance) die op zoek gingen naar water en tekenen van oude bewoonbaarheid.
Als alles volgens plan verloopt dan zal Perseverance ook nog deel uitmaken van een grotere missie om materiaal van Mars naar de Aarde te halen. De rover zal grondmonsters nemen en die op Mars laten liggen in speciaal daarvoor ontworpen containertjes. Deze zullen dan door een latere missie worden opgehaald en naar de Aarde worden gebracht.
Eerste publicatie: 10 april 2021
Bron: NASA/Space.com
