Marte, l’elicottero Ingenuity vola per la 20esima volta

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Credits: NASA JPL-Caltech

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Il volo numero 20 è stato un successo!

Il NASA’s Ingenuity Mars Helicopter, costruito dalla NASA JPL (Jet Propulsion Laboratory), durante il suo 20esimo volo ha volato per 130,3 secondi, percorrendo 391 metri, ad una velocità di 4,4 metri al secondo e ad una altitudine di 10 metri.

Attualmente, l’elicottero Ingenuity e il rover Perseverance sono ritornati nel luogo in cui, un anno fa, atterrarono su Marte: il sito di atterraggio “Octavia E. Butler Landing”.

Da lì, i due partner, intraprenderanno il viaggio più importante della missione: raggiungere l’antico delta fluviale (dove 3 miliardi di anni fa sfociava un fiume, portando la propria acqua in un lago).

Il delta fluviale ha un’importanza enorme, poiché l’acqua potrebbe aver lasciato tracce di vita microbica sulle rocce marziane.

Foto scattata dall’elicottero Ingenuity durante un volo su Marte. Credits: NASA/JPL-Caltech

PIU’ FORTE DELLA TEMPESTA DI SABBIA

Il precedente volo (il volo 19) è stato eseguito dopo una forte tempesta di sabbia, la quale ha creato alcuni problemi, potenzialmente seri, all’elicottero Ingenuity.

La tempesta di sabbia ha causato una diminuzione della densità dell’aria, e un calo della produzione di elettricità dai pannelli solari. E non solo: la famosa camera di navigazione (fondamentale per volare in autonomia su Marte) è risultata sporca da granelli di sabbia, e anche il piatto oscillante delle eliche era pieno di polvere.

Ciò che preoccupava di più gli ingegneri erano i detriti sulla camera di navigazione, poiché durante il volo, il software di Ingenuity, avrebbe potuto confondere la “forma” dei granelli di polvere, con la “forma” di una roccia marziana, e quindi al computer di bordo sarebbero arrivate informazioni false sulla traiettoria e sull’orientamento del volo.

Come hanno risolto il problema?

Gli ingegneri hanno inviato all’elicottero un aggiornamento del software, il quale gli ha detto di ignorare determinate zone dell’immagine. In altre parole, durante il volo, Ingenuity scatta 30 immagini al secondo, per orientarsi e capire dove sta andando; l’aggiornamento del software gli dice di non seguire quella specifica “forma” presente nelle foto, perché quella “forma” appartiene al detrito di polvere marziana, che sporca la camera di navigazione. Quindi l’elicottero continua a volare e a giudicare le foto che scatta, per capire dove sta andando, ma non giudica la parte della foto dove si trova il detrito di polvere. In pratica guarda l’intera foto, tranne quel preciso punto, in cui si trova il detrito di polvere.

La tempesta di sabbia ha anche depositato polvere e sabbia nei piatti oscillanti delle eliche. Essi sono molto importanti, perché controllano l’inclinazione delle pale del rotore.

Gli ingegneri, dopo gli innumerevoli test eseguiti sulla Terra,  hanno avuto la conferma che i piatti oscillanti sono autopulenti, cioè si possono pulire da soli, azionandoli ripetutamente.

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.

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, per poter volare, 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 l’enorme distanza tra la Terra e Marte; per questo dispone di una “intelligenza artificiale” che gli permette di eseguire i compiti, e di risolvere i problemi da solo.

Un volo dell’elicottero Ingenuity su Marte, filmato dal rover Perseverance. Credits: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS/LANL/CNES/CNRS/ISAE-SUPAERO

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 strumenti 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 millesimo di 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 scattate un secondo prima, con le foto 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.

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.

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