náhled|Vrtulník Ingenuity Ingenuity je malý autonomní vrtulník, který pracoval na povrchu Marsu v rámci mise Mars 2020. Byl tam dopraven připojený k vozítku Perseverance, které přistálo 18. února 2021. Na povrch byl uvolněn 3. dubna a poprvé zde vzlétl 19. dubna 2021 jako vůbec první létající stroj, který létal na jiné planetě než Země. Mise byla ukončena 25. ledna 2024 po zjištění poškození jedné z vrtulí. Helikoptéra celkem absolvovala 72 letů, během nichž urazila přibližně 17 kilometrů a ve vzduchu strávila přes dvě hodiny. Naposledy odstartovala 18. ledna 2024.

Navrhlo a vyrobilo jej výzkumné centrum NASA Jet Propulsion Laboratory ve spolupráci s AeroVironment Inc., NASA Ames Research Center a NASA Langley Research Center. Dron byl zkonstruován tak, aby byl co nejlehčí a zároveň výkonný. Zařízení musí zároveň odolávat zrychlení a vibracím při startu a přistání.

Problémem bylo zkonstruovat zařízení schopné létat v atmosféře Marsu, která je 100× řidší než atmosféra pozemská. Například pro modelování aerodynamiky rotoru neexistovaly teoretické podklady.

Konstrukce Vrtulník Ingenuity je vysoký 49 centimetrů, jeho trup má rozměry (NASA jej přirovnává k velikosti softballového míčku) a stojí na čtyřech nohách o délce 384 mm,. Pohánějí jej dva protiběžné dvoulisté rotory s lopatkami z pěnového materiálu pokrytými kompozitem vyztuženým uhlíkovými vlákny. Průměr rotorů je 1,2 metru, provozní otáčky 2400 ot./min. Výkon motoru je 350 W. Vrtulník je napájený baterií šesti lithium-iontových akumulátorů s celkovou kapacitou (2 Ah). Ty se během marsovského dne dobíjejí solárním panelem umístěným nad listy rotorů. Jako pocta prvním letcům na Zemi je pod panelem upevněn kousek látky z letadla bratří Wrightů.

Ingenuity je navržen pro 2–3 minuty aktivního letu, poté se akumulátory několik dní dobíjejí. V původním plánu mise bylo pro lety vyhrazeno okno 30 solů (marsovských dní), tj. asi 31 pozemských dní, v jejichž průběhu se mělo uskutečnit 5 letů.

Komunikace s vrtulníkem probíhá prostřednictvím systému Mars Helicopter Base Station umístěného ve vozítku Perseverance, data z vrtulníku jsou zpracovávána stejně jako data z ostatních vědeckých přístrojů vozítka.

Doprava na povrch Marsu Ingenuity byl spolu s vozítkem Perseverance součástí mise Mars 2020, která startovala ze Země 30. července 2020 pomocí rakety Atlas V 541 z Mysu Canaveral na Floridě. V průběhu přeletu k Marsu NASA 13. srpna 2020 oznámila, že dron byl poprvé zapnut k provedení testů a dobití akumulátorů.

Úspěšné přistání proběhlo 18. února 2021 v kráteru Jezero. NASA následně 22. února oznámila, že Ingenuity přistání přežil. Vrtulník byl až do přistání na Marsu připevněn pod trupem vozítka Perseverance. Teprve 3. dubna 2021 se od vozítka odpoutal a dosedl na povrch, vozítko následně asi 60 m poodjelo, aby umožnilo bezpečný let. NASA následně 6. dubna oznámila, že vrtulník úspěšně přečkal první noc mimo vozítko, a zároveň, že pořídil první barevnou fotografii.

Testovací lety První let Ingenuity byl naplánován asi 60 dní po přistání vozítka na Marsu. Vrtulník poprvé roztočil rotory 9. dubna 2021, pouze však na 50 otáček za minutu. Rover se v tu dobu nacházel asi 60 metrů od vrtulníku.

První testovací let měl prověřit chování vrtulníku při startu a přistání. Plánován byl na 11. dubna, kvůli potížím ve vysokých otáčkách rotoru však byl přesunut na 14. dubna. Uskutečnil se však až 19. dubna 2021, v 11:30 UTC (13:30 SELČ) vědci začali přijímat první letová data od vrtulníku Ingenuity. Vrtulník se pouze vznesl, chvíli se vznášel na místě a poté přistál na stejném místě. Let trval 39,1 sekundy.

Druhý let, který proběhl 22. dubna 2021, rovněž testoval letové schopnosti. V průběhu letu se vrtulník krátce pohyboval stranou, otáčel se, pořídil fotografie ze čtyř směrů a přistál na původním místě. Let trval 51,9 sekundy.

Při třetím letu byl odzkoušen vodorovný let na větší vzdálenost. Vrtulník odlétl asi 50 m ve výšce 5 m nad povrchem, vrátil se zpět a přistál.

Technologie Většina technologií použitých na vrtulníku je volně dostupná a prodejná. Software nebyl vytvořen speciálně na míru vrtulníku, protože vše běží na operačním systému Linux. Tím se Mars stal druhou planetou Sluneční soustavy, kde má Linux větší zastoupení než Windows. Řídící a stabilizační systém byl vyvinut pro minisatelity CubeSats.

Vrtulník je naplněný CO2, čímž by měl snáze odolávat mrazu.

Hardware je většinou z veřejně dostupných produktů – například procesorová deska je tvořena 28nanometrovým procesorem Snapdragon 801 z roku 2014. Tento procesor se používá v mobilních telefonech. Přesto má výpočetní systém vrtulníku vyšší výkon než vozítko Perseverance. Naváděcí smyčky běží na frekvenci 500 Hz, snímky jsou pořizovány kamerou o frekvenci 30 Hz. Vrtulník má laserový výškoměr od společnosti SparkFun, který je umístěn na jeho spodku, a dále sklonoměr, který se stará o hladký průběh startu. Dalšími zařízeními jsou gyroskopy a akcelerometry, které jsou součástí komplexního systému SoC. Vrtulník snímkuje povrch díky 13megapixelovému barevnému fotoaparátu.

Vypuštění vrtulníku a průběh letu Samotný proces se skládá ze dvou částí:

Vypuštění vrtulníku a oddělení od vozítka

Odpadnutí plastového krytu vrtulníku. Oddělení vrtulníku od vozítka a postavení na povrch. Poodjetí vozítka do dostatečné vzdálenosti (cca 60 metrů).

Let vrtulníku v atmosféře

Vzlet vrtulníku – dosáhnutí plánované letové výšky a poté pokračování po trase mise. Automatický let vrtulníku po naplánované trase. Orientace je zajišťována díky přesné analýze kamenů, které byly pozemní kontrolou označeny jako kontrolní. Přistání vrtulníku na vytipovaném místě, které bylo zhodnoceno jako bezpečné.

alt=Malý vrtulník Ingenuity se dvěma vrtulemi na povrchu Marsu.|náhled|Ingenuity – umělecká ilustrace na povrchu Marsu alt=Vpravo člověk v bílém oblečení, lze vidět dvě čočky.|náhled|Pohled zespodu, lze vidět kameru a další zařízení vrtulníku náhled|První barevný snímek pořízený vrtulníkem Ingenuity

Vývoj náhled|Popis helikoptéry Ineguity

Vývoj vrtulníku začal v roce 2013 v laboratořích JPL. Během šesti let výzkumu, který byl zakončen úspěšným testem v atmosféře podobné té marsovské, prokázali odborníci, že lze vyrobit stroj tak lehký a zároveň výkonný, že dokáže létat i v atmosféře Marsu.

V roce 2013 byly vytvořeny první prototypy vrtulí, které by dodaly dostatečný vztlak.

V březnu 2014 proběhl první test 1. generace rotorů vrtulníku.

V prosinci 2014 letoun udělal první neřízený let (takzvaný skok).

V roce 2015 proběhl první řízený let, ovšem ne v marsovské atmosféře.

Testování na Zemi Výškový rekord vrtulníku v zemské atmosféře je 12,2 km a tlak v marsovské atmosféře v letové výšce Ingenuity odpovídá 30,5 km nad povrchem v zemské atmosféře. Testování vrtulníku tedy probíhalo ve speciální komoře s řidším vzduchem, přičemž vrtulník byl zavěšen na laně, což mělo simulovat menší gravitaci.Veitasium – YouTube – První let na jiné planetě! (překlad);

Samotné testování probíhalo ve vakuové komoře Space Simulator o průměru 7,62 metru. Tato komora se nachází v Pasadeně v Kalifornii. Testy probíhaly i v areálu Lockheed-Martin v Denveru.

Tým Ingenuity Na projektu pracoval tým složený z desítek odborníků. Mezi vedoucí týmu patří: Timothy Canham – vedoucí provozu vrtulníku Jennifer Shatts – systémový inženýr Håvard Fjær Grip – hlavní pilot Theodora Tzanetose – taktické vedení Vandi Verma – hlavní inženýr robotických operací MiMi Aung – vedoucí projektu.

Cíle Cílem mise bylo demonstrovat technologický pokrok a zároveň otestovat technologie, které by byly nutné pro případné cestování lidí nebo strojů po Marsu. Do budoucna by měl obdobný vrtulník mít dolet i přes 600 metrů. Vrtulník také zkoumal místa, která byla pro vozítko nedostupná pro náročný terén. Minimum letů, které musel vrtulník absolvovat, bylo pět. Nakonec jich proběhlo 72.

Lety Harmonogram letů a příprava alt=Malý vrtulník Ingenuity na Zemi, v pozadí rover Perseverance s mnoha přistoji.|náhled|Helikoptéra Ingenuity, v pozadí rover Perseverance Tým Ingenuity dostal 30 dní na provedení všech pokusů, poté bude muset Perseverance pokračovat ve své hlavní misi. Plán je 2 až 3 minuty letu denně, ale letů mělo být provedeno pouze pět. Tým však připouštěl i více letů, než bylo plánováno. První tři lety tvořily dle vědců minimum nutné pro otestování všech technologií, vše poté považovali za bonus a byly testovány jiné, například nebezpečné, věci. Nakonec bylo rozhodnuto o provedení dalších letů.

První zpráva o stavu vrtulníku přišla 19. února 2021 v 15:30 PST. Ve zprávě stálo, že baterie i topná tělesa jsou v pořádku.

První let

Příprava na první let To, kdy bude proveden první let, NASA oznámil na online briefingu pro média v úterý 23. března v 13:30 EDT (10:30 PDT). Sledovat ho šlo buď přes NASA TV, YouTube nebo další sociální sítě NASA. Veřejnost mohla klást dotazy přes sociální sítě pod hastagem #MarsHelicopter. Na tomto briefingu bylo oznámeno, že první let proběhne začátkem dubna. Příprava na let začala už v březnu.

Průběh letu První let proběhl 19. dubna 2021. Trval 39,1 sekund. Cílem bylo otestovat všechny technologie a pořídit první snímky povrchu Marsu ze vzduchu. Vrtulník vyletěl do výšky tří metrů, tam několik sekund setrval, otočil se kolem vlastní osy a následně klesl.

Reakce K úspěšnému letu pogratuloval agentuře NASA i americký prezident Joe Biden.

Galerie z prvního letu

Další lety náhled|vlevo|Záznam 26. letu vrtulníku|alt=Černobílá animace letů vrtulníku Ingenuity Do 5. července byl provedeno celkem 9. letů,, při desátém letu vrtulník vystoupal až 12 metrů vysoko., tento rekord překonal let 11. Další lety opět překonávaly rekordy v nejvyšší dosažené výšce a celkové vzdálenosti. Do března 2024 proběhlo celkem 21 letů.

Za dobu jednoho roku od prvního vzletu bylo uskutečněno celkem 26 letů. Ingenuity je stále aktivní i na začátku roku 2024, let s pořadovým číslem 70 proběhl 22. prosince 2023. Celkově Ingenuity nalétal za více než dvě letové hodiny asi 17 kilometrů rychlostí až 10 m/s, maximální výška letu byla 24 m. +Přehled letůČíslo letuDatum letuCíleDélka trváníPrůběh1.19. duben 2021Vyzkoušet použité technologie a pořídit snímky povrchu a vozítka Perseverance.39,1 sekundyVzlet do výšky 3 metry, setrvání ve výšce, otočka kolem vlastní osy a přistání.2. 22. duben 2021Pořídit snímky povrchu a zmapovat terén v okolí vozítka.51,9 sekundyDosažení výšky 5 metrů, setrvání ve výšce, horizontální let 2 metry, návrat zpět a přistání.3. 25. duben 2021Oveřit funkčnost navigace80 sekundDosažení výšky 5 metrů, setrvání ve výšce, horizontální let 50 metrů, návrat zpět a přistání.4.duben 2021průzkum přistávacích oblastí117 sekundLet do 5 m výšky, pak horizontální přelet 133 m daleko, rychlostí 3,5 m/s.5.7. květen 2021Přistát jinde než v místě vzletu a vzlétnout do 10 metrů108 sekundLet do 5 metrů, pak horizontální přelet 129 m jižně.6.22. květen 2021140 sekundLet do výšky 10 metrů, horizontální let 150 metrů směrem na jihozápad při rychlosti 4 m/s. Poté let 15 metrů jižně. Nakonec let dalších 50 metrů směrem na jihovýchod, přistání.7.9. červen 202132,8 sekundyLet 106 m směr na jih.8.21. červen 202177,4 sekundyLet 160 m, přistání cca 133 m od roveru Perseverance.9.5. červenec 2021166,4 sekundy10.24. červenec165,4 sekundyLet do výšky 12 m, nad oblastí Raised Ridges uletěl 95 metrů.11.5. srpen 2021130,9 sekundyLet do výšky 11,8 m, horizontálně uletěl cca 380 m.12.16. srpen 2021169 sekundLet do výšky 10 m, horizontálně uletěl cca 450 m.13.5. září