Od czerwca trwa pierwsza kampania naukowa łazika Perseverance na południe od miejsca lądowania. W kolejnej części kroniki misji podsumowujemy ostatnie tygodnie działania pojazdu i towarzyszącemu mu helikoptera Ingenuity.
Łazik Perseverance oficjalnie rozpoczął 1 czerwca 2021 r. swoją misję naukową. Do tej pory od czasu wylądowania w lutym pojazd testował swoje systemy i instrumenty naukowe oraz wspomagał misję technologiczną drona Ingenuity. Teraz to dron Ingenuity pomaga łazikowi w jego pracy, wykonując loty rozpoznawcze.
W skrócie:
- 1 czerwca rozpoczęła się pierwsza kampania naukowa łazika Perseverance,
- Pojazd porusza się na południe od miejsca lądowania,
- Nadal na Marsie pracuje dron Ingenuity, który pomaga łazikowi w rozpoznawaniu terenu i testuje swoje możliwości,
- Dron miał poważną anomalię podczas jednego z lotów, udało się jednak mu bezpiecznie wylądować.
W czasie testów łazik wykonywał też wartościowe obserwacje: przetestował generowanie tlenu przez instrument MOXIE, prowadził badania składu chemicznego skał przy użyciu spektrometru laserowego SuperCam, wykonał ponad 75 000 zdjęć, na bieżąco monitorował marsjańską pogodę i nagrał dźwięki marsjańskiego wiatru. O tym wszystkim pisaliśmy w poprzednich relacjach z działań Perseverance. W tej części opisujemy pierwsze „loty w jedną stronę” drona Ingenuity oraz pierwszą wyprawę naukową łazika na południe od miejsca lądowania.
Mapa z aktualną lokalizacją łazika Perseverance i drona Ingenuity (zaznaczone niebieskimi ikonami, stan na 25 czerwca 2021 r. Niebieskim prostokątem oznaczono obszar, który opisuje ta relacja z działań łazika. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Film z dźwiękiem z czwartego lotu drona Ingenuity
Podczas czwartego lotu drona Ingenuity, wykonanego 30 kwietnia łazik Perseverance, podobnie jak przy poprzednich próbach rejestrował go za pomocą kamer masztowych. Kamera MastCam-Z nagrała film z lotu, a dodatkowo mikrofon laserowego instrumentu SuperCam nagrał dźwięk.
Inżynierowie misji nie byli pewni czy mikrofon, którego głównym celem jest nagrywanie strzałów lasera w skały instrumentu SuperCam będzie w stanie zarejestrować jakieś wyraźne dźwięki wirników drona z odległości około 80 m. Okazało się jednak, że tak i rzadkie powietrze marsjańskie przecinane łopatami wirników Ingenuity, poruszających się z prędkością 2537 obrotów na minutę może być wyłapane pośród dźwięków marsjańskiego wiatru.
David Mimoun z francuskiego instytutu ISAE-SUPAERO w Tuluzie, główny naukowiec mikrofonu kamery SuperCam powiedział, że po testach i symulacjach na Ziemi zdawało się, że mikrofonowi będzie ciężko wyłapać dźwięki drona, atmosfera marsjańska silnie tłumi fale dźwiękowe. Mieliśmy jednak szczęście zarejestrować sygnał i to nagranie będzie na pewno cenną informacją dla badań atmosfery Marsa.
Film z dźwiękiem z czwartego lotu drona Ingenuity. Źródło: NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS/ISAE-Supaéro.
Pierwszy lot drona w jedną stronę
7 maja 2021 r. dron Ingenuity wykonał swój piąty lot na Marsie. Po raz pierwszy jednak nie wrócił na miejsce startu, a poleciał 129 m na południe. Po dotarciu na miejsce docelowe dron wzniósł się też na rekordową wysokość 10 m. Z tej wysokiej pozycji wykonał zdjęcia okolic w wysokiej rozdzielczości. Cały lot trwał 108 sekund.
Dron Ingenuity podczas 5. lotu, wykonanego 7 maja 2021 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Ten lot rozpoczął dodatkową fazę testów marsjańskiego helikoptera. W pierwszych czterech lotach o rosnącym stopniu trudności sprawdzano czy zaprojektowana technologia umożliwi kontrolowany lot w marsjańskim powietrzu. Teraz inżynierowie chcą sprawdzić jakie możliwości taki dron może dać łazikowi. Zespół misji liczy na to, że Ingenuity może pomóc w rozpoznawaniu terenu przed łazikiem, a więc bezpośrednio w planowaniu misji. W przyszłości drony mogą prowadzić badania zdalne miejsc, które naziemnie nie są możliwe do odwiedzenia.
Ramię robotyczne zaczyna misję naukową
Chociaż łazik Perseverance przez pierwsze miesiące był najbardziej skupiony na testach i kalibracji swojej aparatury, a później na obserwowaniu lotów drona Ingenuity i pośredniczeniu w komunikacji między nim a Ziemią, to pojazd zdążył już wykonać pierwsze obserwacje naukowe w Kraterze Jezero.
Seria zdjęć kamery zbliżeniowej WATSON na ramieniu robotycznym łazika Perseverance. Powyższa skała została uwieczniona 10 maja podczas testów ostrości kamery. Źródło: NASA/JPL-Caltech/MSSS.
Badania prowadzone przez łazik pozwolą ustalić kiedy Krater Jezero mieścił wodę w stanie ciekłym, kiedy układane były skały osadowe w delcie rzecznej, która wyżłobiła ścianę krateru miliardy lat temu. Zrozumienie czasu tych wydarzeń pozwoli oszacować czas formacji próbek skalnych, które zostaną zapakowane przez łazik i w przyszłości wysłane na Ziemię w kolejnej marsjańskiej misji. W skałach tych mogą znajdować się ślady dawnego życia mikroorganizmów, jeśli takie kiedyś na Czerwonej Planecie występowało.
Wzgórze „Santa Cruz” położone około 2,5 km od łazika Perseverance. W tle widać krawędź krateru Jezero. Powyższe zdjęcie wykonała para kamer MastCam-Z 29 kwietnia 2021 r., podczas 68. dnia marsjańskiego misji. Źródło: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS.
Szósty lot drona z problemami
22 maja 2021 r. dron Ingenuity wzniósł się w powietrze, by wykonać swój szósty lot, drugi lot rozpoznawczy z lądowaniem w nowym miejscu. Celem było pobicie kolejnych rekordów odległości oraz wykonanie stereoskopowych zdjęć interesującego regionu na zachód od miejsca startu. W planie lotu było najpierw osiągnięcie wysokości 10 m, następnie lot na południowy-zachód na odległość 150 m, a następnie 15 m na południe i równoczesne fotografowanie wybranej strefy na zachodzie. Na końcu dron miał zwrócić się na północny-wschód, przelecieć 50 m i wylądować.
Pierwsze 150 m lotu poziomego przebiegało poprawnie. Później jednak doszło do błędu systemu kontroli lotu. Dron zwracał się naprzemiennie do tyłu i do przodu, obroty i nachylenia helikoptera były przy tym bardzo wysokie, znacznie wyczerpywały baterie. Działo się tak aż do (na szczęście) udanego lądowania.
Powodem problemów była usterka podczas dostarczanie zdjęć nawigacyjnych do programu oceniającego położenie drona. Nawigację zapewnia dronowi zestaw żyroskopów i akcelerometrów IMU oraz czarno-białe kamery nawigacyjne, których zdjęcia pozwalają ocenić pozycję helikoptera w locie, redukując tym samym błędy IMU.
Jedno ze zdjęć (a takich jest generowanych 30 na sekundę) zagubiło się podczas procesowania. Z tego powodu każde kolejne zdjęcie dostawało złą sygnaturę czasową. Zły czas na każdym ze zdjęciu zmylił algorytmy nawigacji i generował niepotrzebne ruchy drona, chcące poprawić nieistniejące błędy lotu.
Zdjęcie powierzchni Marsa wykonane przez dron Ingenuity podczas 6. lotu 22 maja 2021 r. W momencie wykonania fotografii dron znajdował się na wysokości 10 m. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Mimo to udało się poprawnie wylądować dronem około 5 m od docelowej lokalizacji. Inżynierowie, którzy zbudowali drona zapewnili mu wysoką tolerancję na różne błędy, również te związane z niedokładnościami pomiaru czasu. Przetrwać drogowi pozwoliła także podjęta podczas projektowania go decyzja, żeby nie używać zdjęć nawigacyjnych podczas ostatniej fazy zniżania do wylądowania. Dzięki temu oscylacje ustały na sam koniec i helikopter przyziemił stabilnie z odpowiednią prędkością.
Pierwsza wyprawa naukowa
Chociaż łazik wykonywał już zdalne badania skał w poprzednich miesiącach, to tak naprawdę możemy powiedzieć, że w pełni naukowa faza misji rozpoczęła się 1 czerwca 2021 r., kiedy pojazd opuścił rejon lądowania „Octavia E. Butler” i zaczął kierować się na południe, w stronę pierwszego geologicznego celu: jednostek Crater Floor Fractured Rough i Séítah. Znajdują się tam na powierzchni jedne z najstarszych skał i struktur w obrębie całego Krateru Jezero.
Przez najbliższych kilka miesięcy łazik będzie eksplorował podłogę krateru, zanim wybierze się w pobliże pradawnej delty rzecznej. W obszarze zainteresowania łazika będzie wydzielona część podłogi krateru o powierzchni około 4 km kwadratowych. To w tym obszarze zostaną wybrane pierwsze miejsca na pobranie próbek skał i regolitu. Próbki zostaną zamknięte w specjalnych pojemnikach i przygotowane do zabrania na Ziemię w przyszłej misji.
Planowany trawers łazika Perseverance. Najpierw droga na południe w ramach pierwszej kampanii naukowej, potem powrót do miejsca ładowania i podróż na północ, a następnie zachód w stronę pradawnej delty rzecznej. Zdjęcie satelitarne z instrumentu HiRISE na sondzie MRO. Źródło: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona.
W pierwszych dwóch badanych jednostkach geologicznych czyli Crater Floor Fractured Rough i Séítah znajdują się na wierzchu najstarsze warstwy skał w całym Kraterze Jezero. Łazik będzie odwiedzał obie jednostki równolegle, poruszając się wzdłuż granicy między nimi. Crater Floor Fractured Rough to wypełniona niewielkimi kraterami podłoga krateru Jezero, Séítah to z kolei przyległy obszar, który oprócz odsłoniętego podłoża skalnego posiada grzbiety skalne i wydmy piaskowe.
Obszar geologiczny Séítah widoczny z kamery drona Ingenuity. Zdalny helikopter wykonał tę fotografię będąc na wysokości 10 m podczas 6. lotu wykonanego 22 maja 2021 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Po wykonaniu rozmaitych badań zestawem instrumentów łazika, zespół misji podejmie decyzję o wybraniu czterech miejsc, które najlepiej opisują dawną historię krateru. W każdym z tych miejsc zostaną pobrane 1-2 próbki do specjalnych kontenerów. Pierwsza kampania naukowa zakończy się powrotem w pobliże miejsca lądowania. Powinno to nastąpić za kilka miesięcy, po przejechaniu przez Perseverance do 5 km i zebraniu maksymalnie 8 pierwszych próbek skalnych. Dalej łazik pojedzie na północny-zachód, gdzie czeka go badanie pradawnej delty rzecznej.
Siódmy i ósmy lot Ingenuity
Kolejny lot drona nastąpił 9 czerwca 2021 r. Tym razem helikopter poleciał do nowego miejsca 106 m na południe od miejsca startu. Siódmy lot przebiegł pomyślnie, bez niespodziewanych przygód i trwał 63 sekundy.
Już 21 czerwca przystąpiono do ósmego lotu. Dron poleciał jeszcze dalej na południe, przebył w powietrzu 160 metrów. Ósmy lot był pierwszym po aktualizacji oprogramowania kontrolera lotu. Poprawiono problem z procesem typu watchdog, który w kwietniu przed pierwszymi lotami próbnymi uniemożliwił przejście z programu przygotowań do lotu do programu lotu. Ponownie problemy te nastąpiły w czasie przygotowań do pierwszego, czwartego i siódmego lotu. Poprawka wpłynie na niezawodność oprogramowania.
We wgranej do drona poprawce nie znalazła się naprawa błędu, który spowodował niestabilny lot helikoptera w maju. Anomalia 6. lotu zostanie poprawiona dopiero w kolejnej aktualizacji. Przystąpiono do kolejnych lotów bez tej poprawki, bo okazało się, że przyczyną było przeciążenie procesora podczas wykonywania kolorowych zdjęć wysokiej rozdzielczości kamery RTE. W siódmym i ósmym locie po prostu zrezygnowano z użycia tej kamery, gdy dron jest w powietrzu.
W dziewiątym locie powinniśmy znowu podziwiać kolorowe zdjęcia Marsa z góry. Inżynierowie już przygotowali poprawkę, która umożliwi kontrolerowi lotu wykrywanie zagubionych zdjęć nawigacyjnych i wykonywanie na bieżąco stosownych poprawek.
Podsumowanie
Kolejne tygodnie obfitować będą w zdjęcia nowych rejonów zwiedzanych przez łazik Perseverance. Licznik dystansu przebytego przez pojazd będzie teraz rósł znacznie szybciej niż dotychczas. Z niecierpliwością czekać będziemy na kolejne badania marsjańskich skał i dalsze loty drona Ingenuity, który już przekroczył oczekiwania zespołu misji.
Więcej informacji:
Na podstawie: NASA
Opracował: Rafał Grabiański
Na zdjęciu tytułowym: Mars zarejestrowany przez kamerę MastCam-Z na maszcie łazika Perseverance. Zdjęcie wykonano 25 czerwca podczas 123. dnia marsjańskiego misji. Źródło: NASA/JPL-Caltech/ASU.
