Le curiosità di NASA Ingenuity, il drone marziano, svelate dagli ingegneri del JPL

Le curiosità di NASA Ingenuity, il drone marziano, svelate dagli ingegneri del JPL

NASA Ingenuity è la star mediatica della missione MARS 2020 della NASA. Anche se il suo viaggio sta per concludersi con l'abbandono gli ingegneri hanno raccolto molte informazioni durante i primi tre voli, queste sono alcune curiosità.

di pubblicata il , alle 16:41 nel canale Scienza e tecnologia
NASA
 

Come preannunciato in una delle ultime notizie riguardanti NASA Ingenuity, si è tenuta in queste ore una sessione di domande e risposte su Reddit che ha coinvolto gli ingegneri del JPL. Grazie alle domande poste dagli utenti e alle risposte ricevute, è possibile avere alcune informazioni sulla gestione dei voli del drone-elicottero.

nasa ingenuity test

Le tematiche sono state molteplici, anche perché gli argomenti toccati non erano solo inerenti al drone ma anche a come poter lavorare al JPL (per esempio). Nonostante tutto è stato interessante poter leggere alcune nuove informazioni che permettono di rispondere a curiosità che gli utenti si sono posti durante i voli.

Alcune informazioni su NASA Ingenuity

Innanzitutto, parlando dei prossimi voli (il quarto e il quinto), sappiamo che gli ingegneri vorranno spingere ulteriormente i limiti di NASA Ingenuity. Infatti bisogna ricordare che il drone non è previsto per avere una vita operativa lunga e presto sarà abbandonato. Per questo si vuole "estrarre" il maggior numero di dati dalle varie sessioni di volo. Come ricordato da Shannah Withrow-Maser, sopravvivere al lancio, all'atterraggio e alle notti marziane sono state "pietre miliari" importanti e aggiungendo "pensa a tutto il resto come a un bonus".

nasa

Per quanto riguarda la parte di calcolo, si è puntato ovviamente sull'affidabilità, anche se ci si basa sempre su un'architettura distribuita come i droni commerciali. C'è un FPGA che è responsabile delle attività principali del sistema, dei collegamenti e del controllo dell'alimentazione. Non manca poi il SoC Qualcomm Snapdragon 801 che invece si occupa della sequenza di volo, dell'analisi delle immagini in bianco e nero della fotocamera ingegneristica mentre un microcontrollore (semplice ma molto veloce) esegue dei loop ad alta frequenza a 500 Hz traccia i movimenti del drone attraverso accelerometri e giroscopi. Non avendo un sensore per il vento, si sfrutta l'inclinometro per conoscere l'inclinazione e apportare le correzioni (automaticamente). Si utilizza poi MEDA, la stazione meteorologica su Perseverance, per monitorare la velocità del vento nella zona durante la giornata, oltre i 9 m/s non si può volare.

nasa

Sia il SoC Qualcomm Snapdragon e il microcontrollore utilizzano come software FPrime, il cui codice è open source e disponibile a chiunque voglia provarlo (o migliorarlo). Anche se si basa su una versione di Linux che si può trovare pubblicamente, il software di volo è comunque stato scritto internamente dagli ingegneri del JPL.

Alcune informazioni sui video di Perseverance

Durante il video mostrato recentemente si vede la Mastcam-Z di Perseverance puntare verso la zona di decollo/atterraggio ma non seguire il drone durante lo spostamento laterale. Questo è dovuto al fatto che il controller del motore della "testa del rover" non è stato pensato per funzionare in simultanea con il volo del drone. Si è voluto evitare di causare interferenze radio che avrebbero potuto compromettere la prova. I video possono poi essere registrati solo dal rover a 720p (HD) per via della limitata banda dati da Marte.

Sempre in tema di video, forse sarà possibile utilizzare i microfoni di Perseverance per catturare il suono di Ingenuity durante il volo. Ma non è scontato. L'anidride carbonica che costituisce il 96% dell'atmosfera marziana assorbe le alte frequenze e il rover si trova a 64 metri di distanza. Questo potrebbe significare che nonostante i microfoni siano attivi, non ci sarà alcun suono registrato. Inoltre il sistema non è pensato per registrare video e catturare l'audio simultaneamente.

Altra informazione riguarda la connessione tra rover e drone. I due dispositivi potrebbero anche essere distanti fino a 1 km e il collegamento radio dovrebbe comunque funzionare. Gli ingegneri comunque preferiscono evitare di avere un segnale debole e quindi stanno piuttosto vicini. Per quanto riguarda invece i dati trasmessi, in tempo reale il drone comunica parte della telemetria a Perseverance (altitudine, velocità, prestazioni degli attuatori, temperatura). Nel corso di due giorni marziani vengono invece inviate informazioni più complete insieme alle immagini.

Sei batterie e un buon isolamento sono essenziali per il drone

Per quanto riguarda invece l'alimentazione, in NASA Ingenuity troviamo 6 batterie agli ioni di litio del tipo 18650. Queste sono collegate in serie e mettono a disposizione del drone 2 A/h mentre durante il volo il motore ha un assorbimento di 10-15A. Il drone consuma comunque più energia per mantenersi al caldo che durante il volo. Per questo le prove vengono fatte durante il mezzogiorno marziano mentre al pomeriggio si pensa a ricaricare le batterie. I componenti interni vengono tenuti a circa -15°C durante le notti marziane (che possono arrivare a -100°C). Il tutto sfruttando del materiale isolante, uno spessore vuoto riempito di anidride carbonica e il riscaldamento.

nasa jpl

Altra domanda che è stata posta spesso è legata alla polvere marziana che si deposita sul pannello solare superiore. Possibile che al JPL non abbiano pensato a una soluzione? Ovviamente non è così. Gli ingegneri hanno pensato a sistemi di rimozione, ma la massa aggiuntiva e le complicazioni della costruzione hanno fatto propendere per scartare questa ipotesi. Piuttosto si è pensato a un pannello solare più grande che potesse assorbire più energia nonostante la polvere. Durante il primo volo si è notato che il pannello solare produceva 221 mA mentre dopo toccava i 234 mA e si è pensato che lo spostamento del drone possa aver ripulito parte della polvere. Inserire i pannelli solari sulle pale non sarebbe stato possibile per via della loro massa e dei test aggiuntivi che sarebbero stati necessari.

Si è poi fatto un confronto con un altro drone che vedremo nei prossimi anni: si tratta di quello della missione Dragonfly. Questa unità sarà però molto diversa da Ingenuity. La prima infatti sfrutterà la variazione di velocità dei suoi otto rotori per cambiare direzione, la seconda invece sfrutta la variazione di passo dei due rotori.

Difficilmente la missione verrà estesa oltre i 30 sol

Altra domanda ricorrente riguarda il limite temporale di 30 sol per la missione del drone. Gli ingegneri hanno risposto che per quel momento sperano di aver raccolto le informazioni utili. Non si parla di prolungarla in quanto Perseverance deve continuare la sua missione scientifica, che è quella principale.

Una delle sfide più importanti che hanno dovuto superare gli ingegneri è stata quella di ridurre la massa. Questo ha quindi previsto l'utilizzo di materiali ad hoc per costruzione e isolamento, elettronica che fosse efficiente ma anche più piccola e leggera. Inoltre la possibilità di farlo scaldare durante le notti marziane o di farlo piegare per permettere l'alloggiamento nel rover sono stati dei veri e propri grattacapi.

ingenuity

Si è anche pensato a un aeroplano piuttosto che un elicottero. Ma il primo ha bisogno di una pista di decollo più lunga e si è preferito volare a velocità più basse. Un'alternativa sarebbe stata quella di un aliante lasciato cadere da un altro velivolo (per esempio qualcosa di simile a skycrane), ma le difficoltà nel controllo hanno fatto cambiare idea e puntare su un elicottero.

Guardando al futuro: quale carico potranno portare i prossimi modelli? Difficilmente si andrà oltre il doppio di quanto si è riusciti a fare con NASA Ingenuity. Le motivazioni sono da ricercarsi nella difficoltà tecnica di realizzare rotori più grandi mantenendoli comunque rigidi, inoltre il motore potrebbe surriscaldarsi per via della bassa capacità di dissipazione dell'atmosfera marziana. Proprio la dissipazione del calore generato dal motore è uno dei limiti al tempo di volo del drone. Per questo sono presenti dei dissipatori in berillio, anche se comunque non possono risolvere del tutto il problema.

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4 Commenti
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Alfhw27 Aprile 2021, 18:16 #1
Articolo molto interessante. Grazie! Questi sono articoli che vorremmo vedere più spesso.
davide15527 Aprile 2021, 19:04 #2
Originariamente inviato da: Alfhw
Articolo molto interessante. Grazie! Questi sono articoli che vorremmo vedere più spesso.


Esatterrimo, quoto.
Articolo ben fatto e molto curioso.
Ci vorrebbero più articoli "spaziali"
s0nnyd3marco27 Aprile 2021, 19:55 #3
Originariamente inviato da: Alfhw
Articolo molto interessante. Grazie! Questi sono articoli che vorremmo vedere più spesso.


THIS. Complimenti per l'articolo.
Ago7228 Aprile 2021, 00:47 #4
Mi associo ai complimenti.

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