Marte: l’elicottero Ingenuity della NASA ha compiuto il suo 19esimo volo sul pianeta rosso

Simona Galimberti si racconta: “Vi svelo il segreto del mio Cake Design” | Come nasce la sua cucina
10 Febbraio 2022
[EXCLUSIVE INTERVIEW] Dr David Richwine, NASA mechanical engineer, answers our questions
11 Febbraio 2022

Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU

Il volo numero 19 su Marte è avvenuto l’8 febbraio 2022, e ancora una volta è stato un successo!

Inizialmente, il volo numero 19 avrebbe dovuto compiersi nel mese di gennaio, inaugurando l’anno 2022. Una tempesta di sabbia ha però bloccato l’elicottero sul suolo marziano, riducendo del 18% la sua batteria. E non solo, i meteorologi marziani hanno constatato anche una diminuzione del 7% della densità dell’aria.

Il pianeta Marte, pur avendo un’atmosfera molto meno densa rispetto al nostro pianeta, possiede alcune somiglianze con la Terra: le stagioni, i venti mutevoli, le nuvole di ghiaccio e le tempeste di polvere. Attualmente, nel cratere Jezero, in cui si trovano il rover Perseverance e l’elicottero Ingenuity, ci si sta avvicinando alla fine dell’estate e all’inizio dell’autunno (l’autunno comincia il 24 febbraio).

Il cambio di stagione porta nuove sfide, inclusa la diminuzione della densità dell’aria, la quale influisce sul modo in cui si vola su Marte; perciò gli ingegneri dovranno adattare Ingenuity al nuovo ambiente.

IL 19ESIMO VOLO SU MARTE

Come sappiamo il volo numero 19, del NASA’s Ingenuity Mars Helicopter, costruito dal NASA JPL (Jet Propulsion Laboratory) di Pasadena, California, è avvenuto con successo l’8 febbraio 2022; durante il quale, l’elicottero Ingenuity, pesante 1,8 kg sulla Terra e 0,68 kg su Marte, ha volato per quasi 100 secondi, percorrendo una distanza di 62 metri nel cratere Jezero, luogo in cui è atterrato assieme al rover Perseverance.

Questa volta, proprio per la minore densità dell’aria, gli ingegneri hanno aumentato la velocità dei rotori dell’elicottero. Poco prima dell’atterraggio del volo 19, Ingenuity ha ruotato di 180°, per permettere alla telecamera RTE di inquadrare l’obiettivo del volo numero 20, nonché il delta del fiume del cratere Jezero (il posto in cui, 3 miliardi di anni fa, scorreva acqua su Marte e sfociava in un lago, cioè nell’attuale cratere Jezero).

COME FA A VOLARE IN AUTONOMIA?

Il volo su Marte è impegnativo perché il Pianeta Rosso ha una gravità significativamente inferiore (un terzo di quella terrestre), e un’atmosfera estremamente sottile con solo l’1% della pressione in superficie rispetto al nostro pianeta. Ciò significa che ci sono relativamente poche molecole d’aria, con cui le quattro pale dei due rotori di Ingenuity, larghe 1,2 metri, possano interagire per raggiungere il volo.

Uno dei voli dell’elicottero Ingenuity. Video filmato dal rover Perseverance. Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Riassumendo: il pianeta Marte è circa la metà più piccolo della Terra, e il doppio della nostra Luna. Inoltre:

  • la gravità marziana è solo il 38% di quella della Terra;
  • l’atmosfera è circa l’1% della densità dell’atmosfera terrestre;
  • la temperatura media è di -53°C;
  • la distanza dalla Terra varia da 60 milioni di chilometri, fino ad una distanza massima di 205 milioni di chilometri.

Prima di analizzare i vari problemi del volo marziano, cerchiamo di capire le caratteristiche dell’elicottero Ingenuity:

  • Il suo peso è di 1,8 kg sulla Terra, e 0,68 kg su Marte;
  • l’altezza è di 0,49 metri;
  • il suo sistema del rotore è composto da quattro pale in fibra di carbonio, disposte in due rotori controrotanti, lunghe 1,2 metri, che compiono circa 2400 giri al minuto;
  • il corpo dell’elicottero è grande 13,6 cm per 19,5 cm per 16,3 cm;
  • vi sono anche quattro gambe di atterraggio in composito di carbonio;
  • l’alimentazione è data da un pannello solare;
  • possiede infine due macchine fotografiche: una a colori e una in bianco e nero per la navigazione.
Foto scattata dall’elicottero Ingenuity, durante un volo su Marte. Credit: NASA/JPL-Caltech

Ingenuity, per volare su Marte, è stato dotato di pale più grandi che ruotano molto più velocemente, fino a 2400 giri al minuto. Quindi, il suo obiettivo è “acchiappare” più aria possibile, nonostante essa sia rarefatta. Gli ingegneri della NASA non possono pilotare l’elicottero Ingenuity, tanto meno il rover Perseverance; per questo dispongono di una “intelligenza artificiale” che gli permette di eseguire i compiti, e di risolvere i problemi da soli.

Perché non possono pilotarli?

Il motivo è semplice: la distanza tra Marte e la Terra. Se dovessimo dire all’elicottero, o al Rover, di “andare a destra”, ci vorrebbero tra gli 8 e i 12 minuti di tempo per far arrivare il comando alle antenne dei veicoli, quindi diventerebbe impossibile pilotarli in tempo reale.

Questo problema viene risolto impartendo dei comandi al Rover Perseverance; in poche parole si invia un messaggio al Rover, nel quale si elencano tutti gli obiettivi da raggiungere e da eseguire durante la giornata. A sua volta, il Rover invia i comandi inerenti ai test di volo all’elicottero Ingenuity, il quale, una volta eseguiti e portati a termine, manda un messaggio al Rover, con tutte le informazioni carpite durante i test. Il Rover invia infine tutto il materiale del proprio lavoro eseguito, e del lavoro compiuto dall’elicottero, alle antenne della sonda che orbita attorno a Marte; a sua volta questa sonda invia tutto il materiale del Rover e dell’elicottero alle antenne situate sul pianeta Terra.

Ingenuity come fa a volare senza perdere la rotta?

Soprattutto per quattro motivi: il primo è uno strumento chiamato IMU, il quale misura l’accelerazione e la rotazione dei rotori, grazie ai quali si può calcolare di quanti metri si è spostato. Poi vi sono anche un “inclinometro” e un “altimetro”. Ma questi comandi non bastano, poiché c’è il rischio di schiantarsi e di perdere la rotta.

Per risolvere questo problema sono state montate le famose telecamere di navigazione in bianco e nero: NAVCAM e RTE. Esse, per tutta la durata del volo scattano ben 30 immagini al secondo del suolo marziano. Tutte queste immagini vengono, immediatamente, inviate al computer di bordo che, in mezzo secondo, grazie ad una intelligenza artificiale, le analizza, cerca di capire in quale secondo sono state scattate e, in base a ciò che vede (ad esempio la forma di una roccia, una duna di sabbia ecc…), cerca di intuire come sarà la foto successiva, e come continuerà quella “forma” di roccia o di sabbia. E subito dopo, grazie alle successive foto, cerca di capire se aveva ragione.

In questo modo, in mezzo secondo, confronta le foto reali, scattate un secondo prima, con le foto successive, scattate un secondo dopo. E nel lasso di tempo che intercorre tra una foto e l’altra, cerca di intuire come potrebbe essere la foto successiva.

Uno dei voli dell’elicottero Ingenuity. Video e suoni originali di Marte registrati dal rover Perseverance (si consiglia l’uso delle cuffie). Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS/LANL/CNES/CNRS/ISAE-SUPAERO

Ad esempio, se nella prima foto compare una roccia, il computer di bordo cerca di capire come potrebbe continuare quella “forma” di roccia, e come potrebbe apparire nella foto successiva. Il computer dice: “Secondo i miei calcoli, la roccia fotografata in questo momento, nella prossima foto comparirà al centro dell’immagine, e avrà una forma allungata“.

Successivamente, quando arriverà la nuova foto, il computer andrà a vedere se aveva ragione. Se troverà la roccia spostata verso destra, anziché al centro dell’immagine, come invece aveva previsto, allora capirà che l’elicottero sta andando fuori rotta, e quindi bisognerà riportarlo nella giusta direzione.

IL MIRACOLO DEL VOLO SU MARTE

Attualmente l’elicottero ha compiuto ben 19 voli, totalizzando un record di oltre 32 minuti in volo su un altro pianeta. Ed è ancora sano. Alla NASA sono tutti increduli, visto che era stato progettato per funzionare per 30 giorni, e invece continua a volare da aprile 2021!!!

Leggi anche –> NASA Perseverance: cosa si ascolta su Marte | Due microfoni ne registrano i suoni

L’elicottero Ingenuity aprirà la strada a nuovi elicotteri droni, i quali potranno esplorare zone inaccessibili ai rover con le ruote, come ad esempio l’esplorazione di caverne (le caverne sono importanti, anche perché gli astronauti, che un giorno andranno su Marte, potrebbero costruire una base scientifica all’interno delle caverne, poiché esse sono perfette per la protezione dalle radiazioni del Sole e dai raggi cosmici).

Articolo a cura di Fabio Meneghella