Pomysłowość ludzka nie zna granic – czego dowodem jest dron Ingeunity, który od ponad roku odbywa loty na Marsie. Aby stać się pierwszym statkiem powietrznym swobodnie latającym w atmosferze innej planety, musiał przebyć bardzo długą drogę – dłuższą niż z Ziemi na Czerwoną Planetę. Zajrzyj do tego artykułu, aby poznać tego pionierskiego drona i dowiedzieć się, czym różni się latanie dronem na Marsie od latania nim na naszej planecie.
Dron Ingenuity – co to?
Dron Ingenuity dotarł na Marsa 18 lutego 2021 roku wraz z łazikiem Perseverance i jest pionierskim przedsięwzięciem NASA, którego głównym zadaniem było zbadać… czy w ogóle da się pomyślnie latać na Czerwonej Planecie. Poza lotami testowymi nie miał przed sobą postawionych w zasadzie żadnych celów naukowych, ale wartość doświadczeń inżynieryjnych jest nie do przecenienia. Gdy 19 kwietnia 2021 po raz pierwszy wzbił się w marsjańskie przestworza, stał się pierwszym swobodnie latającym na innej planecie statkiem powietrznym.
Dron Ingenuity na powierzchni Marsa
Chociaż pierwszy lot trwał tylko 40 sekund (dla porównania DJI Mini 2 – który wcale nie jest pod tym względem rekordzistą – może latać aż przez 31 minut), to i tak otworzył nowy rozdział w historii latania. W szczególności, iż kolejne loty udowodniły, że naukowcy mogą bardzo poważnie myśleć o eksplorowaniu odległych planet przez startujące – i bezpiecznie lądujące z powrotem – drony. Ogromnym osiągnięciem Ingenuity jest nie tylko to, że udało mu się latać w atmosferze Marsa, ale że jednocześnie wykonał więcej lotów, niż to w ogóle planowano.
Poniżej możesz zobaczyć pierwszy lot Ingenuity:
Nazwa marsjańskiego drona Ingenuity oznacza z języka angielskiego „pomysłowość”. Wykorzystuje do lotu 4 łopaty wykonane z włókna węglowego, które są ułożone w 2 wirniki obracające się w przeciwnych kierunkach z prędkością około 2400 obr./min. To oznacza, że śmigła tego pojazdu, który ma wymiary mniejsze niż mikrofalówka (mam na myśli jego jednostkę centralną, gdyż śmigła mają średnicę aż 1,2 m), kręcą się szybciej niż w pasażerskich helikopterach.
Dron Ingenuity – parametry
Zanim odpowiem na pytanie, dlaczego Ingenuity musi aż tak mocno kręcić śmigłami, zobacz, jak wygląda jego specyfikacja w porównaniu z dronem, którym możesz latać na Ziemi.
NASA Ingenuity (po lewej) i DJI Mavic AIR 2S (po prawej). Skala pojazdów nie została zachowana.
| Marsjański dron Ingenuity | DJI AIR 2S | |
| Wymiary: | 13,6 × 19,5 × 16,3 cm (sam korpus) | 18,3 x 25,3 x 7,7 cm (rozłożony) |
| Średnica wirników / śmigieł | 120 cm | 18,3 cm |
| Waga: | 1,8 kg | 0,595 kg |
| Waga akumulatora: | 273 g | 245 g |
| Pojemność akumulatora: | 35-40 Wh | 40.42 Wh |
| Czas lotu: | Planowany – do 90 sekund | Do 31 minut (a DJI Matrice 300 RTK nawet do 55 minut) |
| Zasięg lotu: | Planowany – do 50 m | Do 8000 m |
| Maksymalna wysokość lotu: | Udało się osiągnąć 12 m (choć zakładano tylko 5 m) | Do 5000 m |
| Zasięg łączności: | Około 62,8 mln km… a tak serio to Ingenuity łączy się z łazikiem Perseverance, z którym zasięg łączności ma 1000 m | 12000 m |
| Prędkość maksymalna w poziomie/w pionie | 10 m/s / 3 m/s | 19 m/s / 6 m/s |
Jak się lata na Marsie?
Pierwsze wyzwanie: rzadka marsjańska atmosfera
Latanie na Marsie jest ekstremalnym wyzwaniem. Pierwszym problemem jest bardzo mała gęstość jego atmosfery – jest to zaledwie 1% gęstości ziemskiej atmosfery (przy powierzchni). Dla porównania to tak jakby próbować latać na wysokości 3-krotnie większej niż Mount Everest. A warto podkreślić, że lot na szczyt Mount Everest helikopterem Eurocopter AS350 B3 był ogromnym wyczynem, wymagającym radykalnej przebudowy tego pojazdu powietrznego.
Artystyczna koncepcja Ingenuity latające na Marsie / Źródło: NASA
Właśnie przez marsjańską atmosferę Ingenuity ma tak ogromne śmigła w porównaniu do jego masy – i dlatego też kręcą się tak szybko. Wszystko po to, aby w tak trudnym środowisku wytworzyć odpowiednią siłę nośną. Dla porównania ostrze każdego ze śmigieł do drona DJI Matrice 600 o udźwigu 6 kg mają po 53 cm średnicy. Ale podobnie jak Ingenuity wśród marsjańskich dronów, wspomniany model jest również sprzętem do zadań specjalnych. Przeciętne śmigła ziemskiego drona mają około 20 cm – a więc są aż o 1 metr krótsze.
Drugie wyzwanie: ekstremalna temperatura
Podczas gdy zakres temperatury pracy drona DJI Mavic Aris 2S wynosi od 0° do 40°C, Ingenuity musi radzić sobie przy temperaturze otoczenia -90°C. Żaden ziemski dron nie jest przygotowany do takich warunków – co więcej, nawet gdyby był, nie miałby gdzie sprawdzić się w boju, gdyż najniższa odnotowana temperatura na Ziemi to -89,2°C. To, co na Błękitnej Planecie jest ekstremum, dla marsjańskiego drona staje się codziennością. Łatwo sobie wyobrazić, jakie to rodzi wyzwania dla tej aparatury.
Trzecie wyzwanie: burze piaskowe
Na Ziemi oznakami zmienności pór roku są spadające liście, śnieg i mróz, kwitnące rośliny i upalne dni latem. A na Marsie pory roku odznaczają się m.in. podwyższonym poziomem pyłu w atmosferze. Naukowcy nazwali nawet jedną z marsjańskich pór roku porą pyłową. Dla Ingenuity oznacza to kolejne problemy – burza piaskowa zmusiła nawet naukowców do przełożenia jednego ze startów. Podczas takiej burzy dodatkowo spada gęstość powietrza, a więc dron z Marsa ma jeszcze większe problemy z lataniem (jakby mało miał wyzwań).
Artystyczna wizja Ingenuity na powierzchni Marsa. / Źródło: NASA
Czwarte wyzwanie: latanie w wyznaczonych porach dnia
Do zasilania Ingenuity wykorzystuje panele słoneczne, co rodzi dodatkowy problem. Otóż przez noc jego akumulator zużywa energię tak, iż rano ma jej na tyle mało, że nie jest w stanie latać. Konieczne jest więc jego doładowanie panelami, ale to trwa i sprawia, że Ingenuity może latać jedynie około południa (później się nie da, bo konieczne jest ponowne naładowanie akumulatorów, zanim nadejdzie noc). Na Ziemi na szczęście nie ma tego typu problemów i z łatwością można stosować kilka akumulatorów, szybko je ładować hubami i latać nocą, korzystając z opcjonalnego oświetlenia czy kamer termicznych.
DJI FPV Fly More Kit – hub ładujący i akumulatory
Piąte wyzwanie: opóźnienie w komunikacji
Ingenuity i Perseverance przebywają około 60 milionów kilometrów stąd. Odległość między Czerwoną a Błękitną Planetą światło przebywa w czasie 3 minut i 2 sekund. To oznacza duże opóźnienia w komunikacji, które muszą być liczone podwójnie, gdyż potrzebne jest nadanie sygnału i odebranie, i dopiero wtedy można wprowadzić ewentualne korekty. Sterujący z Ziemi Ingenuity nie mogą więc na bieżąco reagować jak w przypadku ziemskich dronów i muszą planować wszystko z wyprzedzeniem, przewidując z wyprzedzeniem wiele ewentualnych niebezpieczeństw. Znów szybowanie w przestworzach dronem na naszej planecie jest dużo prostsze – w każdej chwili pilot może przejąć stery.
Przyszłość lotów na innych planetach
Już przed sukcesami Ingenuity NASA miała spore plany co do wykorzystania dronów na innych planetach. Kolejna generacja dronów, które polecą na powierzchnię Marsa, będą mogły przenosić spore ładunki i będą miały też większy zasięg. W przypadku następcy Ingenuity, czyli Mars Science Helicopter, zasięg wyniesie do 5 km, a czas lotu wydłuży się do 3 minut. Jego konstrukcja będzie obejmowała 6 wirników.
Kolejnym celem dronów NASA jest Tytan – księżyc Saturna. Gęstość jego atmosfery jest niemal 4-krotnie większa niż ziemskiej, stąd latanie tam będzie łatwiejsze niż na Ziemi. Ale wcale nie łatwe – temperatura na powierzchni Tytana wynosi około -179°C. Zasięg drona Dragonfly – czyli Ważka – wyniesie 200 km. Ten parametr pokazuje, jak duże możliwości eksploracyjne dają drony – wystarczy porównać ten wynik z 10 kilometrami przejechanymi po powierzchni Marsa przez łazik Curiosity. Planuje się, że misja drona Dragonfly potrwa aż 32 miesiące. Na Tytanie znajduje się podpowierzchniowy ocean ciekłej wody i złożone związki organiczne, co sprawia, że misja ta będzie przełomowa dla astrobiologii i pozwoli lepiej zrozumieć fenomen życia.
Artystyczna wizja misji Dragonfly. / Źródło NASA
Czy kiedyś latanie dronem na innej planecie będzie tak proste, jak na Ziemi? Każdy glob w Układzie Słonecznym to ekstremalne warunki, trudności w komunikacji i wiele innych wyzwań. Ale warto pamiętać, że 30-minutowy lot zwykłego, konsumenckiego ziemskiego drona czy kilku kilometrowy zasięg jeszcze kilka lat temu były tylko mrzonką. Z pewnością rozwój technologii – a w szczególności algorytmów wykorzystujących sztuczna inteligencję – przyniesie wiele przełomowych misji. Podziel się w komentarzu, jaka według Ciebie przyszłość czeka kosmiczne drony? Ciekawe też, w jaki sposób będą równolegle rozwijały się ziemskie drony.
