Na verstoring communiceert Ingenuity weer met Perseverance
Op 5 mei kregen missiecontrollers van het Jet Propulsion Laboratory van de NASA de bevestiging dat de Ingenuity Mars Helikopter de communicatie met de Perseverance rover had hersteld. Eerder deze week had de helikopter een geplande communicatiesessie met de rover gemist – voor het eerst in meer dan een jaar van operaties op het oppervlak van Mars. Ingenuity heeft Perseverance nodig als basisstation waarmee de helikopter gegevens kan verzenden naar en ontvangen van de aarde. Hoewel er meer data-downlinks en analyses nodig zijn denken de Ingenuity- en Perseverance-teams dat ze een oorzaak van de anomalie hebben gevonden en een plan hebben om terug te keren naar de normale bedrijfsvoering.
Ingenuity werd het eerste gemotoriseerde vliegtuig dat op 19 april 2021 op een andere planeet functioneerde. Ontworpen om tot vijf experimentele testvluchten uit te voeren over een tijdsspanne van 30 Marsdagen (Sols), of bijna 32 Aardse dagen, heeft de helikopter meer dan 6,9 kilometer gevlogen gedurende 28 vluchten en is het toestel inmiddels meer dan een jaar in bedrijf.
Gedownlinkte gegevens geven aan dat de uitval van de communicatie op 3 mei, Sol 247 van de missie, het gevolg was van het feit dat de helikopter op zonne-energie in een staat van laag vermogen kwam, dit was mogelijk het gevolg van de seizoensmatige toename van de hoeveelheid stof in de atmosfeer van Mars en lagere temperaturen naarmate de winter nadert. Het stof vermindert de hoeveelheid zonlicht die op het zonnepaneel valt waardoor Ingenuity minder goed in staat is om zijn 6 lithium-ion batterijen op te laden. Toen de laadtoestand van het batterijpakket onder een ondergrens zakte werd de Field-Programmable Gate Array (FPGA) van de helikopter uitgeschakeld.
De FPGA beheert de operationele status van Ingenuity en schakelt de andere elektronische elementen indien nodig uit om het energieverbruik te minimaliseren. De FPGA bedient ook de verwarmingen waarmee de helikopter koude nachten op Mars kan overleven, houdt de tijd van het ruimtevaartuig nauwkeurig in de gaten en regelt wanneer de helikopter volgens planning moet ontwaken voor communicatiesessies met Perseverance.
Toen de FPGA tijdens de nacht op Mars stroom verloor werd de klok aan boord van de helikopter – die de tijd aangeeft waarop communicatie met Perseverance plaatsvind – opnieuw ingesteld. En de verwarming van Ingenuity, die zo belangrijk is om elektronica en andere componenten binnen de bedrijfstemperatuur te houden, werden uitgeschakeld. Toen de Zon de volgende ochtend opkwam en het zonnepaneel de batterijen weer begon te laden liep de klok van de helikopter niet langer synchroon met de blok aan boord van Perseverance. Toen Ingenuity dacht dat het tijd was om contact op te nemen met Perseverance luisterde het basisstation van de rover niet.
Om er zeker van te zijn dat Perseverance een oproep zouden horen gaven missiecontrollers van Perseverance bij JPL het bevel aan de rover om bijna de hele Sol 429 (5 mei) te besteden aan het luisteren naar een signaal van de helikopter. Dat signaal kwam om 11.45 uur Marstijd. De verzonden gegevens waren beperkt om de batterij opzettelijk te sparen maar de kritieke gezondheids- en veiligheidsgegevens van de helikopter waren normaal. De radioverbinding tussen Ingenuity en Perseverance was stabiel, de temperatuur van de helikopter was binnen verwachting, het zonnepaneel laadde de batterij op met de snelheid die voor dit seizoen werd verwacht en de batterij was gezond met 41% van een volle lading.
Maar één radiocommunicatiesessie wil niet zeggen dat de problemen zijn opgelost. Het toegenomen stof in de lucht betekent dat het opladen van de batterijen van de helikopter tot een niveau dat belangrijke componenten (zoals klok en kachels) de hele nacht kunnen functioneren, een grote uitdaging is.
Elke nacht gedurende de afgelopen drie sols zijn de verwarmingen van Ingenuity in werking getreden toen de batterijtemperatuur lager was dan -15 °C. terwijl ze aan waren zorgden de verwarmingen ervoor dat de temperatuur van vitale helikoptercomponenten niet verder daalde – tot de omgevingstemperatuur van -80 °C. Maar het team is van mening dat de batterij het energieverbruik van de ingebouwde verwarmingen de hele nacht niet aankon.
Volgens teamleider Teddy Tzanetos van het JPL heeft men altijd geweten dat de winter en het stofstormenseizoen op mars voor nieuwe uitdagingen zouden zorgen maar elke vlucht en elke kilometer afstand die voorbij de oorspronkelijke 30 Sol-missie is gevlogen heeft de helikopter tot het uiterste gedreven.
De Ingenuity en Perseverance teams hebben een plan ontworpen waarvan ze hopen dat het een verschil zal maken. Hun doel is om de batterij van de helikopter te helpen om voldoende lading op te bouwen gedurende de volgende paar sols. Op die manier kan de batterij alle noodzakelijke systemen van de helikopter ondersteunen tijdens de koude nacht op Mars. De nieuwe commando’s die men heeft geuplinkt verlagen het punt waarop de verwarmingen worden ingeschakeld van een temperatuur van -15 °C naar -40 °C.
De helikopter schakelt dan snel uit, in plaats van de batterijlading te verbruiken met de kachels. Het team hoopt dat deze strategie ervoor zorgt dat de batterij de lading behoudt die hij gedurende de dag heeft verzameld. De ingenieurs van Ingenuity hopen dat na een aantal dagen waarin het zonnepaneel weinig straling ontvangt, de batterij een punt heeft bereikt waarop de helikopter weer normaal kan functioneren.
Door de verwarming ‘s nachts uit te laten staan wordt er aanzienlijk op batterij-energie bespaart maar worden componenten ook blootgesteld aan de kou van de Martiaanse nacht. Ontwikkeld als een technologiedemonstratie om te bewijzen dat gemotoriseerde, gecontroleerde vluchten op Mars mogelijk zijn, bevat de 1,8 kilogram zware helikopter veel commerciële kant-en-klare onderdelen die niet zijn ontworpen voor de koude ruimte.
Het onderhouden van de communicatie met Ingenuity in de komende paar sols heeft de hoogste prioriteit voor het team. Ze hebben goede hoop dat ze de batterijlading kunnen verhogen en zo terug te keren naar nominale operaties en de missie de komende weken voort te zetten.
Eerste publicatie: 8 mei 2022
Bron: JPL, NASA