Первый полёт NASA назначило на 11 апреля, но вопросов об успехе операции пока больше, чем ответов.
В феврале на поверхность Марса благополучно сел ровер Perseverance («Настойчивость»). Его основная задача — поиски признаков жизни. Для этого Perseverance будет исследовать марсианский грунт «на месте», а также бурить его, извлекать образцы и готовить их к первой в истории доставке на Землю в 2031 году.
Помимо этого, на Perseverance возложена ещё одна историческая миссия. С его помощью учёные NASA хотят запустить вертолёт Ingenuity («Изобретательность») — первый атмосферный летательный аппарат на другой планете. Всего запланировано пять полётов, первый из них должен состояться 11 апреля.
Выглядит первый полёт Ingenuity совсем нехитрым делом. Вертолёт должен оторваться от поверхности, взлететь на три метра и продержаться так 30 секунд, после чего сесть обратно на грунт. Но то, что очень просто сделать на Земле, на Марсе оборачивается чередой сложностей.
Сложность номер один: никакой интерактивности
Ровером Perseverance управляют специалисты NASA с Земли, получая от него поток телеметрии и посылая взамен команды управления. Для этого марсоходу хватает бортового компьютера с одноядерным PowerPC-процессором с частотой 200 МГц, 256 Мбайт оперативной памяти и флеш-накопителем объёмом 2 Гбайт.
Perseverance передаёт данные спутнику MRO на орбите Марса со скоростью до 2 Мбит/сек. Спутник же держит связь с Землёй через систему Deep Space Network (сеть дальней космической связи). Это большие радиоантенны в США, Испании и Австралии. При надобности марсоход может и сам напрямую связаться с Землёй через Deep Space Network со скоростью до 3000 бит/сек.
Сейчас между Землёй и Марсом более 270 миллионов километров. На то, чтобы пройти от Земли до Марса и обратно, радиосигнал тратит не меньше получаса. При таком «пинге» управлять марсоходом очень трудно, а вертолётом и вовсе невозможно. Максимальное время полёта Ingenuity всего полторы минуты. Батарея вертолёта сядет в 20 раз быстрее, чем он дождётся следующей команды с Земли.
Поэтому марсианский вертолёт должен будет летать сам, анализируя видепоток с маленькой камеры и корректируя полёт в реальном времени. Задача весьма ресурсоёмкая, так что на Ingenuity поставили компьютер помощнее: 4-ядерный процессор с частотой 2,26 ГГц, 2 Гбайт оперативной памяти и флеш-накопитель на 32 Гбайт.
Для специалистов NASA полёты Ingenuity будут проходить практически вслепую. У них не будет возможности знать, всё ли в порядке — вертолёт не может передавать телеметрию в полёте. Так что специалистам останется лишь ждать, как отработают заранее написанные программы, не имея никакой возможности что-то поправить «на ходу».
Сложность номер два: морозные ночи
4 апреля марсоход опустил Ingenuity на грунт и отъехал в сторону, чтобы не мешать будущим взлётам и посадкам. Вертолёт остался один на один с марсианскими ночами, во время которых температура падает до -90 °C.
Электрическая «начинка» вертолёта такого холода не выдержит — она потрескается и выйдет из строя. Поэтому батарея Ingenuity с помощью плёночных нагревателей должна не дать температуре внутри корпуса упасть ниже -15 °C.
За электропитание Ingenuity отвечают шесть литий-ионных аккумуляторов производства Sony. Их общая ёмкость достигает 40 Вт⋅ч, и заряжаться они должны от солнечной батареи вертолёта. Перед тем, как опустить вертолёт на грунт, марсоход подзарядил его аккумуляторы от своей батареи.
6 апреля стало ясно, что первую свою ночь на поверхности Марса Ingenuity успешно пережил. Но до первого полёта пройдёт ещё как минимум пять таких ночей, и любая из них может стать для вертолёта последней.
Сложность номер три: очень слабая атмосфера и гравитация
Этот пункт и сподвиг NASA затеять миссию с вертолётом. Дело в том, что у поверхности Марса плотность атмосферы примерно равна плотности земной атмосферы на высоте 30 километров. А ведь именно от этого показателя зависит величина подъёмной силы, которую могут создать винты вертолёта.
Рекорд высоты полёта для вертолётов на сегодняшний день составляет 12,4 километров и принадлежит французскому Aérospatiale SA 315B Lama. Но обычно даже горные вертолёты не взлетают выше шести километров.
Чтобы в таких условиях оторваться от поверхности, марсианскому вертолёту придётся «молотить винтами» в пять раз интенсивнее, чем это делают его земные собратья. Ротор Ingenuity будет вращаться со скоростью до 2537 об/мин против 500 об/мин у обычных вертолётов.
Вертеть с такой скоростью лопастями диаметром 1,2 метра — дело нетривиальное. Требуется крайне точная балансировка и подгонка деталей. На испытаниях в земных лабораториях первые прототипы то и дело выходили из-под контроля.
