Op de planeet Mars staat een bijzondere test op het punt van beginnen. In de nacht van zondag (11 april) op maandag gaat de drone Ingenuity voor het eerst de lucht in. Vijf vragen over het helikoptertje en zijn historische vlucht.
Wat is het nieuws?
Ingenuity is de allereerste drone die gaat vliegen op een andere planeet. Op aarde zijn drones inmiddels volledig ingeburgerd, maar in ruimtevaartland wordt hier reikhalzend naar uitgekeken. ‘Van de hele missie windt dit me als NASA-bestuurder het meeste op: het vooruitzicht een helikoptertje te zien vliegen op een andere wereld’, zei NASA-baas Jim Bridenstine vorig jaar in The New York Times. Echt vliegen, dus gebruikmaken van de atmosfeer zonder raketaandrijving, is op een andere planeet nog nooit gedaan.
Een kleine helikopter laten opstijgen, dat is toch niets bijzonders?
Mis. Vliegen in de ijle atmosfeer van Mars is iets heel anders dan op aarde. De Mars-atmosfeer heeft maar ongeveer 1 procent van de dichtheid van die op aarde. ‘Een helikopter vliegt daardoor veel moeilijker. Niet alleen doordat je veel minder stuwkracht kunt opwekken met de bladen, maar ook doordat de helikopter heel anders reageert op besturing dan op aarde’, mailt Håvard Grip, chief pilot van Ingenuity bij het Jet Propulsion Lab (JPL) in Pasadena. Het is alsof je met een helikopter op aarde op dertig kilometer hoogte zou gaan vliegen.
Vind je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.
Wat betekent dat voor het ontwerp van Ingenuity?
De drone lijkt op het eerste gezicht weinig bijzonders: een helikoptertje met uit de kluiten gewassen propellerbladen. Maar om het te laten vliegen in de ijle atmosfeer van Mars moesten de ingenieurs met hun ontwerp tot het uiterste gaan.
Om te beginnen die oversized rotoren, het opvallendste kenmerk aan Ingenuity. De bladen zijn zo lang omdat ze de drone in de lucht moeten houden, terwijl er nauwelijks moleculen zijn om zich tegen af te zetten.
De benodigde opwaartse kracht moesten de ingenieurs dus op een andere manier uit de propellerbladen halen. Dat deden ze ten eerste door ze extra lang en stijf te maken. Hiervoor kozen de ingenieurs een sterk en toch vederlicht composietmateriaal.
De tweede manier waarop toch voldoende opwaartse kracht wordt gehaald, is door de rotoren met een enorme snelheid rond te laten zwieren: ze draaien met wel 2400 omwentelingen per minuut.
‘Ze moeten zo snel mogelijk ronddraaien zonder dat de rotoruiteinden in de buurt komen van de geluidssnelheid’, zegt Grip. ‘Dit kost een hoop vermogen, dus Ingenuity heeft een relatief grote accu aan boord. Dat laat weinig ruimte over voor sensoren en elektronica. We moesten nog hard werken om die zo compact mogelijk te maken.’
Wat gaat Ingenuity doen?
Een paar dagen terug is de Marsrover Perseverance naar een geschikte vlakke plek gereden, waar uit zijn buik het kleine autonome helikoptertje is gekomen. Dat was een selfie waard — zie hieronder — en nu is het wachten op groen licht van mission control. NASA is nu van plan om laat in de avond van zondag 11 april (Amerikaanse oostkust-tijd, dus in Nederland midden in de nacht van 11 op 12 april) de missie van Ingenuity van start te laten gaan.
Nadat eerst de rover zich uit de voeten heeft gemaakt, zal Ingenuity dan voorzichtig een paar meter verticaal opstijgen, waarbij voor het eerst zal blijken hoe de drone in de praktijkomstandigheden functioneert. Hij zal dertig seconden in de lucht hangen, een rustige draai maken en dan weer voorzichtig landen. Die landing is cruciaal, want als hij per ongeluk op een steen landt en op zijn zijkant terechtkomt, kan hij de volgende geplande vluchten vergeten.
Het is de bedoeling dat Ingenuity in volgende vluchten verder van zijn beginplek komt (zie de artist impression hieronder). Hierbij gaat hij helemaal autonoom rondvliegen, omdat radiobesturing vanaf aarde onmogelijk is: Mars is te ver weg. Bij afwezigheid van een gps-netwerk van satellieten moet de kleine helikopter navigeren aan de hand van camerabeelden die hij zelf vanuit de lucht maakt van het landschap.
‘We hebben nieuwe algoritmen ontwikkeld die dertig keer per seconde de camerabeelden verwerken om zo bepaalde herkenningspunten in het terrein te kunnen volgen’, aldus Grip. Ingenuity heeft voor dit doel een veel krachtiger microprocessor aan boord dan de Marsrover Perseverance zelf, meldt The New York Times.
De ingenieurs van NASA en JPL zijn vooral benieuwd hoe het helikoptertje reageert op de ijle ‘lucht’ en op het feit dat er in de Marsatmosfeer vooral CO2 zit. De totale testperiode van Ingenuity duurt ongeveer een maand, waarin het maximaal vijf vluchten zal maken. De rest van de tijd zal hij stilstaan om met zijn zonnepanelen zoveel mogelijke elektrische energie te verzamelen.
Wat kunnen drones betekenen voor toekomstige missies?
De testen met Ingenuity zijn voor NASA belangrijk omdat die graag helikoptertjes met camera’s de lucht in wil kunnen sturen, zodat toekomstige Marsrovers vanuit de lucht informatie krijgen over het best begaanbare terrein. Ook kunnen opvolgers van Perseverance met drones in de lucht sneller interessante locaties voor bodemonderzoek selecteren. En naar gelang die drones groter worden, kunnen ze misschien zelfs wetenschappelijke instrumenten verplaatsen of astronauten.
Update 11 april: de eerste proeven met Ingenuity zijn enkele dagen uitgesteld. Op zijn vroegst op 14 april gaat hij nu de lucht in.
De avonturen van Ingenuity zijn het beste te volgen via de website van NASA en het Twitter-account van de Perseverance-rover. Deze foto maakte een van Perseverances camera's kort geleden van de drone:
Beeldmateriaal NASA / JPL-Caltech
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.