Jet Propulsion Laboratory NASA nedávno oznámila, že vyvíjí malý vrtulník, aby prozkoumala cestu pro budoucí Mars rovery. Proč by Mars rovers potřebovali takového robotického průvodce? Odpověď zní, že jízda na Marsu je opravdu těžká.
Zde na Zemi mohou být roboti objevující vulkanické ráfky nebo pomáhající záchranáři poháněni dálkovým ovládáním pomocí joysticku. Důvodem je to, že rádiové signály přicházejí do robota z jeho řídicího centra téměř okamžitě. Jízda na Měsíci není o moc těžší. Rádiové signály pohybující se rychlostí světla trvá asi dvě a půl sekundy, než se zpáteční cesta uskuteční na Měsíc a zpět. Toto zpoždění není dost dlouhé na to, aby vážně narušilo řízení dálkovým ovládáním. V sedmdesátých letech sovětští regulátoři řídili lunokhodské měsíční rovery a úspěšně prozkoumali více než 40 km lunárního terénu.
Jízda na Marsu je mnohem těžší, protože je daleko dále. V závislosti na poloze vzhledem k Zemi mohou signály trvat 8 až 42 minut pro zpáteční cestu. Předprogramované instrukce musí být zaslány na rover, který pak provede samostatně. Každá marťanská cesta vyžaduje pečlivé plánování hodin. Stereo snímky pořízené navigačními kamerami vozítka jsou inženýry pečlivě kontrolovány. Obrázky z kosmické lodi obíhající na Marsu někdy poskytují další informace.
Rover může být naprogramován tak, aby jednoduše provedl seznam řidičských příkazů odeslaných ze Země, nebo může použít snímky pořízené jeho navigačními kamerami a zpracované jeho palubními počítači k měření rychlosti a detekování překážek nebo rizik samotných. Může dokonce vykreslit svou vlastní bezpečnou cestu ke stanovenému cíli. Jednotky založené na pokynech ze země jsou nejrychlejší.
Mars Exploration Rovers Spirit a Opportunity by tak mohly projet až 124 metrů za hodinu. To odpovídá asi délce amerického fotbalového hřiště. Ale tento režim byl také nejméně bezpečný.
Když se rover aktivně vede svými fotoaparáty, je pokrok bezpečnější, ale mnohem pomalejší kvůli veškerému potřebnému zpracování obrazu. Může postupovat již za 10 metrů za hodinu, což je asi vzdálenost od brankové čáry k 10 yardové čáře na americkém fotbalovém hřišti. Tuto metodu je nutné použít vždy, když rover nemá jasný výhled na cestu před sebou, což je často způsobeno nerovným a kopcovitým terénem.
Počátkem roku 2015 byla nejvzdálenější zvědavost za jediný den 144 metrů. Nejdelší denní jízda Opportunity byla 224 metrů, vzdálenost dvou polí amerického fotbalu.
Pokud by pozemní regulátoři mohli získat lepší přehled o cestě vpřed, mohli by navrhnout pokyny, které umožní budoucímu vozidlu bezpečně jet za den mnohem dál.
Tam přichází myšlenka vrtulníku dronů. Vrtulník mohl každý den létat před roverem. Snímky vytvořené z jeho leteckého výhodného místa by byly neocenitelné pro pozemní dispečery pro identifikaci bodů vědeckého zájmu a plánování jízdních tras, aby se tam dostaly.
Létání vrtulníkem na Marsu představuje zvláštní výzvy. Jednou z výhod je, že marťanská gravitace je pouze o 38% silnější než gravitace Země, takže vrtulník by nemusel generovat tolik vzestupu jako jedna ze stejné hmotnosti na Zemi. Vrtulové čepele vrtulníku generují vztlak tlačením vzduchu dolů. Na Marsu je to těžší než na Zemi, protože marťanská atmosféra je stokrát tenčí. K vytlačení dostatečného množství vzduchu by musely lopatky vrtule rotovat velmi rychle nebo být velmi velké.
Helikoptéra musí být schopna létat sama, s využitím předchozích pokynů, udržovat stabilní let podél předem stanovené trasy. Musí přistát a opakovaně vzlétat ve skalnatém marťanském terénu. Konečně musí být schopen přežít drsné podmínky na Marsu, kde teplota klesá každou noc na 100 stupňů Fahrenheita nebo nižší.
Inženýři JPL navrhli helikoptéru s hmotností 1 kilogramu; nepatrný zlomek hmotnosti 900 kg roveru zvědavosti. Jeho vrtulové lopatky se rozprostírají 1,1 metru od špičky lopatky k špici lopatky a jsou schopny otáčet se rychlostí 3400 otáček za minutu. Tělo je o velikosti tkáňového boxu.
Helikoptéra je poháněna solární energií, přičemž disk solárních článků shromažďuje každý den dostatek energie, aby mohl pohánět let dvě až tři minuty a v noci zahřát vozidlo. Za tu dobu může létat asi půl kilometru a shromažďovat snímky pro přenos k pozemnímu řízení. Inženýři očekávají, že průzkum, který shromažďuje robotická helikoptéra, bude neocenitelný při plánování pohonů roverů, což ztrojnásobí vzdálenost, kterou lze za den ujet.
Reference a další čtení:
Děkujeme Markovi Maimoneovi z NASA Jet Propulsion Laboratory za informace o denních vzdálenostech zvědavosti a příležitosti.
J.J. Biesiadecki, P. C. Leger a M.W. Maimone (2007), „kompromisy mezi řízenou a autonomní jízdou na průzkumných vozidlech Mars“, The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, Příležitost Mars rover putuje kolem 41 kilometrů směrem k „Marathon Valley“, Space Magazine, prosinec 2014.
T. Reyes, Neuvěřitelná cesta, rover Mars Curiosity dosáhne základny Mount Sharp. Space Magazine, září 2014.
Vrtulník by mohl být „skautem“ pro Mars rovery. Tisková zpráva NASA Jet Propulsion Laboratory. 22. ledna 2015.
Crazy Engineering: Mars vrtulník. Video NASA Jet Propulsion Laboratory.
Zvědavost - Mars Science Laboratory, NASA.
Mars - Plány budoucích roverů. NASA
