更新: 2021 年 4 月 19 日午後 12:39 EDT:NASAの火星ヘリコプター、インジェニュイティ、初飛行に成功したヘリコプターは高さ 10 フィートまで飛行し、滞空時間は 40 秒弱でした。
地球上では、人類は 1 世紀以上にわたって飛行技術を開発してきました。火星ではまだ始まったばかりです。
NASAの4ポンドヘリコプター、インジェニュイティ、火星の表面に着陸した4月3日に試験飛行を開始する予定4月上旬。人類が他の惑星で何かを飛行したのは初めてとなる。
ライト兄弟の初飛行にちなんで、キティホークに向かって飛んだ飛行機の小さな破片が積まれています。すべてが順調に行けば、インジェニュイティは地球の日数よりわずかに長い 30 ソル、つまり火星日で 90 秒間の飛行を最大 5 回行うことができます。
何十年もの間、科学者たちは上空の宇宙船から月や惑星の表面を調査してきました。ローバーはより詳細な観察を提供しますが、痛ましいほど遅いです。 Ingenuity には、比較的高速で移動しながら、低空飛行 (空中わずか 10 ～ 16 フィート) という利点があります。カメラのみ搭載されています。しかし、将来のドローンはさらに多くのツールを搭載できる可能性がある。
「これは、宇宙探査の新たな道を開くことを意味します」と、インジェニュイティの機械部門責任者のジョシュ・ラヴィッチ氏は述べています。 「火星だけでなく、大気を持ったあらゆる天体にも多くの可能性が開かれます。」
土星の衛星タイタンへの計画されたミッションの1つは、無人機と呼ばれるものを特徴としています。トンボ。インジェニュイティのデータはそれを現実にするのに役立つかもしれません。
しかし、疑問は残ります: インジェニュイティは飛行できるのでしょうか?
それは簡単な仕事ではありません。
違う惑星、違う大気、違うルール
予想通り4月に飛行試験が始まれば、火星はどこにでもあるだろう2億6,000万キロメートルから3億3,000万キロメートル離れたところ地球から。その距離では、パイロットからの信号がインジェニュイティに届くまでに最大 15 分かかり、これが遅れるとドローンを手動で制御することがほぼ不可能になります。
たとえ科学者たちがジョイスティックを持って火星の表面に誰かを持っていたとしても、NASA ジェット推進研究所 (JPL) の研究者は数年前に、最高のドローンパイロットでさえ、火星のような大気中での航行は困難であることを発見しました。地球と同じくらい密度が高い。
押し出す分子が少ないため、インジェニュイティのヘリコプターのブレードは毎分 2,000 ～ 3,000 回回転する必要がありますが、地球では 300 ～ 500 回回転します。振動の増加を考慮して、インジェニュイティの約 4 フィートの長さのブレードは、先端よりもローター付近がはるかに厚くなっており、扱い方に影響を与えています。
インジェニュイティヘリコプターの飛行模型。 クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
ラビッチ氏が火星ヘリコプターチームに加わる数年前の2014年ごろ、研究者らは初期バージョンのドローンを真空チャンバー内で飛行させようとしたと同氏は語った。
マッシュ可能な光の速度
「彼らは、民間のおもちゃのドローンパイロットのような、本当に経験豊富なドローンパイロットに、手でジョイスティックを試してもらいました」と彼は言いました。 「思ったようにうまくいきません。一方向に動かそうとすると、逆方向に動いてしまいます。人間には操縦できないということを彼らはすぐに学びました。」
彼らの解決策は、コンピューターとセンサーを装備し、速度、方向、高度の変化に合わせて自動制御できるようにすることでした。
創意工夫のパズルを解く
薄い大気を考慮して、エンジニアはローターとコンピューターに十分な電力を供給するか、それとも飛行するのに十分な軽さを実現するかの間で針を通す必要がありました。
Ingenuity でのデータ処理に関して、NASA は Qualcomm に依頼しました。Snapdragon 801 プロセッサ— で見つかるものと同じですサムスンギャラクシーS5。クアルコムのロボット、ドローン、インテリジェントマシン担当ゼネラルマネジャー、デブ・シン氏は、軽量で効率的なプロセッサーはNASAが課した厳しいテストに耐えることができたと語った。
「電子機器を実際に安全に動作させるのに十分な温度を保つことが重要です。」
「彼らは放射線で検査した」と彼は言った。 「他のプロセッサーは崩壊するばかりでしたが、当社のプロセッサーはそのすべてを乗り越えました…4K カメラを実行できます。すべてのローターを回転させることができます。機械学習と障害物回避を行うことができます。」
Snapdragon の成功の重要な要素の 1 つは電力効率です。 Ingenuity は他のプロセッサーよりも必要な電力が少ないため、バッテリーを小さくできます。
「バッテリーは非常に重いので、必要がないのに、なぜもっと持つ必要があるのでしょうか?」 JPLのラビッチ氏は語った。
インジェニュイティの太陽電池で充電されたバッテリーは、ローター、コンピューター、加熱システムに電力を供給し、全体の凍結を防ぎます。火星は寒く、寒い日には華氏マイナス110度以下に達することもあります。
クアルコムのプロセッサは、約255°Fから-40°Fまでの範囲の温度でのみ動作すると評価されている、とシン氏は述べた。
「マイナス40度のときに車を始動させようとしたことはありますか?常にオンになるわけではありません」とラビッチは笑いながら語った。 「電子機器を実際に安全に動作させるのに十分な温度を保つことが重要です。」
90秒間の飛行は実際にはそれほど多くの電力を必要としません。バッテリーのエネルギーのほとんどは加熱に使われます。
未来
ラビッチ氏によると、火星ヘリコプターの計画は90年代後半から進められていたという。
同氏によると、チームは「しばらくこのヘリコプターを使って遊んでいたが、実際に注目を集めるようになったのは2014年頃になってからだった」と述べ、2018年までに彼らは現在の火星ヘリコプターモデルの飛行をテストしていた。
ラビッチはチームについて「本当に興奮している」と語った。 「私たちはこれに多くの心を注ぎましたが、私たちがそこにいて、飛行を試みるこの機会を得たことは今でも私たちにとって驚くべきことです。」
パーサヴィアランス探査車がインジェニュイティを地上に降ろしますが、このプロセスには 6 ソルかかります。 クレジット: NASA/JPL-Caltech/MSSS
飛行が成功すれば、火星や太陽系の他の惑星や衛星でのさらなるヘリコプターミッションへの道が開かれることになる。クアルコムのシン氏が指摘したように、ドローンは探査機よりもはるかに広い範囲をカバーできる。好奇心は 25 キロメートル未満を移動するのに 9 年かかりました。
「火星探査の将来について考えてみてください。飛行したり偵察したりすれば、1 時間で 24 キロメートルを移動できるでしょう」とサイン氏は言いました。 「5 枚送ったら、おそらく 5 年以内に火星をカバーし、さまざまな元素の写真を撮ることができるでしょう。」
探索は一つのことです。将来的には、ヘリコプターを想像できるだろうとラビッチ氏は語った。宇宙飛行士を助ける火星。
「私の好きな間抜けな使い方のひとつは、あなたが宇宙飛行士で、基地にレンチを忘れてしまい、自分で取りに戻りたくない場合です」と彼は笑いながら語った。 「ヘリコプターを送って迎えに来てください。」
忘れっぽい宇宙飛行士の皆さん、将来のために、これがうまくいくことを祈りましょう。