Mars Helicopter Ingenuity

Ingenuity (previamente llamado Mars Helicopter y con anterioridad Mars Helicopter Scout[1][2][3][4][5][6]) es un helicóptero robótico que forma parte de la misión Mars 2020. Servirá como demostración tecnológica para explorar objetivos interesantes para estudiar en el planeta Marte, y poder planificar la mejor ruta para la misión encomendada al rover Perseverance que fue colocado en el planeta, y a futuros rovers en Marte.[7][8]

Ingenuity
Tipo de misión Demostración tecnológica
Operador NASA/JPL
Coste 80 000 000 dólares estadounidenses y 5 000 000 dólares estadounidenses
Página web [Mars Helicopter enlace]
Duración de la misión Planeado: 30 días marcianos
Propiedades de la nave
Fabricante Laboratorio de Propulsión a Reacción
AeroVironment
Qualcomm y SolAero Technologies
Masa de lanzamiento 1,8 kilogramos
Potencia eléctrica 220 vatios
Comienzo de la misión
Lanzamiento 30 de julio de 2020, 11:50 UTC
Vehículo Atlas V
Lugar Complejo de lanzamiento espacial 41 de Cabo Cañaveral
Acercamiento a Marte

Insignia del helicóptero de Marte del JPL

El pequeño dron fue desplegado del rover Perseverance, y se espera que realice hasta 5 vuelos durante los 30 días, que se espera que esté en funcionamiento, coincidiendo con la primera parte de la misión del rover, ya que es una demostración tecnológica.[9] Realizará hasta un máximo de cinco vuelos, cada uno de ellos durará aproximadamente 3 minutos, alcanzando alturas que oscilan entre 3 y 10 metros sobre el suelo, pudiendo cubrir distancias de aproximadamente 300 metros por vuelo.[10] Será totalmente autónomo y se comunicará con el rover Perseverance directamente después de cada aterrizaje.

Si cumple las expectativas, su diseño podría ser la base para futuras misiones similares.[10] La directora del proyecto es MiMi Aung.[11] Otros miembros del equipo son la empresa AeroVironment Inc., el Centro de Investigación Ames y el Centro de investigación de Langley, ambos de la NASA.[12]

El primer vuelo lo realizó el día 19 de abril de 2021 a las 11:30 UTC, encontrándose a unos 400 millones de kilómetros de la Tierra.[13] A 19 de enero de 2023 había realizado un total de 40 vuelos, después de 681 días en la superficie marciana.[14] A fecha 16 de febrero de 2023 (Sol 708) había realizado el vuelo 43.[15]

Historia

Desde el Laboratorio de Propulsión a Reacción (JPL) y el Instituto de Tecnología de California de la NASA estuvieron estudiando el potencial de enviar un robot explorador aéreo para acompañar al rover Perseverance, terminando por hacer público el proyecto del helicóptero en 2014.[12][16] A mediados de 2016, se solicitaban 15 millones de dólares para continuar con el desarrollo del helicóptero.[17] En diciembre de 2017, se probaron algunos modelos proyectados del helicóptero en una atmósfera marciana simulada en el Ártico,[10][18] sin ser definitiva su inclusión en la misión ni tampoco aprobada ni financiada.[19]

El presupuesto federal de los Estados Unidos, anunciado en marzo de 2018, proporcionó 23 millones de dólares para el proyecto del helicóptero,[20][21] el 11 de mayo de 2018 se anunció que era viable el proyecto para desarrollarlo y probarlo con el tiempo justo para ser incluido en la misión Mars 2020.[22]

El helicóptero fue sometido a extensas pruebas de dinámica de vuelo y medio ambiente,[10][23] en agosto de 2019 fue montado en la parte inferior del rover Perseverance.[24] Su masa es de poco menos de 1,8 kg[23][25] y realizará hasta 5 vuelos.[23][26][22]

Objetivos

Ingenuity es un demostrador tecnológico del Laboratorio de Propulsión a Reacción, que evaluará si es factible volar por Marte de manera segura, también proporcionará una cartografía detallada de la zona que brindaría a los futuros controladores de misiones más información, ayudando de esta manera la planificación de futuras rutas y prevención de riesgos, y facilitará la localización de lugares por donde acceder con el rover y su posterior estudio.[27][28][29] Asimismo proporcionará imágenes aéreas con aproximadamente diez veces más resolución que las imágenes orbitales, mostrando características que pueden estar ocultas o excluidas por cámaras móviles.[30] Se espera que esta exploración permita a los futuros visitantes dirigirse con seguridad hasta tres veces más lejos por día marciano (sol).[31]

Esta prueba servirá como base sobre la cual se podrán desarrollar otros ingenios más especializados para la exploración aérea de Marte y otros objetivos planetarios con atmósfera.[27][10][32][33]

Diseño
Diagrama de Ingenuity.
- 1 Rotores diseñados para poder volar en la tenue atmósfera de Marte
- 2 Células solares suministran la energía que carga la batería
- 3 Una cámara de alta resolución permite tomar fotos de sitios ubicados a larga distancia del rover
- 4 Una cámara y otros sensores asociados con un ordenador resistente a diversos fallos permiten gran autonomía
- 5 Patas flexibles para un suave aterrizaje, un sistema de visión activa y un altímetro
- 6 El aislamiento térmico tipo aerogel y la resistencia al calor permiten a las baterías para sobrevivir a las noches
- 7 El helicóptero se comunica con el rover en la banda UHF.
Mars
Helicopter Scout		Unidades/rendimiento[2]
MasaTotal: 1,8 kg[2]
Baterías: 273 g [10]
Altura0,49 m[34]
Diámetro del rotor coaxial1,2 m[18]
Revoluciones/min1.900–2.800 rpm[22]
Velocidad punta36 km/h
Dimensión del chasís14 cm²
Funcionamiento220 W (batería, cargada por paneles solares)
Tiempo de vueloHasta 90 segundos, una vez al día
Tiempo operativo~5 vuelos en ~30 días
Rango máximoVuelo: 300 m[10]
Radio: 1.000 m[10]
Altitud máxima10 m[10]
Velocidad máxima[12]Horizontal: 10 m/s
Vertical: 3 m/s
2 cámarasImágenes a color en alta resolución
Navegación[18]

El helicóptero utiliza rotores coaxiales contrarrotativos de aproximadamente 1,1 m de diámetro. Su carga útil consiste en una cámara de alta resolución con el objetivo apuntando hacia abajo para inspeccionar el suelo y así detectar por dónde se desplaza y poder aterrizar con seguridad posteriormente, también lleva un sistema de comunicación para transmitir datos al rover Perserverance.[35][36] Aunque se desplaza como un avión, se construyó como una nave espacial que pudiese soportar la fuerza g y las vibraciones durante el lanzamiento. Sus sistemas están fabricados de manera que son resistentes a la radiación y son capaces de operar en un ambiente helado como en ciertas partes de Marte.

El inconsistente campo magnético de Marte impide el uso de brújulas para la navegación, por lo que utilizará una cámara de seguimiento solar integrada al sistema de navegación inercial del JPL. Posee elementos adicionales como giroscopios, odometría visual, sensores de inclinación, altímetro y detectores de peligro.[37] Utilizará paneles solares para recargar sus baterías, que son seis celdas de iones de litio de Sony con una capacidad de placa de 2 Ah.[10]

El prototipo utiliza el procesador Snapdragon de Intrinsyc con un sistema operativo Linux, que también implementa la navegación visual con velocidad estimada derivada de las funciones rastreadas con una cámara. El procesador Qualcomm está conectado a dos unidades microcontroladoras de control de vuelo (MCU) para realizar las funciones de control de vuelo necesarias. Las comunicaciones con el rover se realizan mediante un enlace de radio llamado Zigbee, un chipset estándar de 900 MHz que va montado tanto en el rover como en el helicóptero. El sistema de comunicación fue diseñado para transmitir datos a 250 kbit/s en distancias de hasta 1.000 m.[10]

Viajó a Marte unido a la parte inferior del rover Perseverance, y se desplegará en la superficie entre 60 y 90 días marcianos tras el aterrizaje. Después, el rover se desplazará 100 m de distancia aproximadamente para que comiencen los vuelos de prueba.[38][39][40]

Futuro

Esta demostración tecnológica servirá como base sobre la cual se podrán desarrollar helicópteros o ingenios más preparados para misiones más ambiciosas en planetas y lunas con atmósfera.[10][32] La próxima generación de helicópteros estará en el rango de entre 5 y 15 kg con cargas útiles científicas de entre 0,5 y 1,5 kg. Estas potenciales aeronaves podrán tener comunicación directa con un orbitador y pueden o no continuar trabajando con un objetivo en tierra.[39] La siguiente generación de helicópteros podrán utilizarse para explorar regiones con particulares características como que tengan hielo de agua o salmueras donde la vida microbiana del terreno pudiera sobrevivir.

Los helicópteros de Marte también podrán estar preparados para la recuperación rápida de pequeñas cápsulas de muestras para un futuro regreso a un vehículo ascendente de Marte para vuelta a la Tierra.[10]

Galería
Ingenuity
Drone Ingenuity alimentado con energía solar para ser probado como ayuda para la navegación
Ingenuity
Animación del Ingenuity (1:07 de duración; 29 de abril de 2020)
Acoplamiento al rover Perseverance (2019)
Acoplamiento de Ingenuity a la parte inferior del rover.
Miembros del equipo de Ingenuity
Reajustando a Ingenuity
Operaciones en Marte
Inicio de separación con el rover Perseverance.
Vertical
Separación completa
Desbloqueo de las aspas
Sombra de Ingenuity durante su primer vuelo

Véase también
  • Perseverance
  • Mars 2020
  • Atmósfera de Marte
  • Aerial Regional-scale Environmental Survey - Propuesta de avión robótico para Marte del año 2008
  • Sky-Sailor - Propuesta de avión robótico para Marte del año 2004
  • Dragonfly (nave espacial) - Misión robótica de pequeños helicópteros con destino a Titán, prevista para el año 2026

Referencias
  1. "Rotorcrafts for Mars Exploration: Mars Helicopter Scout Archivado el 17 de marzo de 2020 en Wayback Machine." – Jet Propulsion Laboratory, 19 June 2014
  2. Ingenuity. video presentation at Caltech.
  3. "La NASA nombra Ingenuity al helicóptero de Marte" – Europa Press, 29 de abril de 2020
  4. "Helicóptero de la NASA que será la primera aeronave en volar en Marte ya tiene nombre, gracias a una joven de 17 años" – CNN en Español, 30 de abril de 2020
  5. "NASA: Primer helicóptero que será enviado a Marte ya tiene nombre y lo eligió una estudiante de 17 años" – CNN en Español, 30 de abril de 2020
  6. "Estudiante de Alabama nombra 1er helicóptero de NASA a Marte" – El Nuevo Herald, 30 de abril de 2020
  7. «NASA Is Developing A Helicopter Drone For 2020 Mars Mission». Business 2 Community. 27 de enero de 2015. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2015. Consultado el 28 de enero de 2015.
  8. Leone, Dan (19 de noviembre de 2015). «Elachi Touts Helicopter Scout for Mars Sample-Caching Rover». SpaceNews. Consultado el 20 de noviembre de 2015.
  9. Decision expected soon on adding helicopter to Mars 2020. Jeff Fout. Space News. 4 May 2018.
  10. Mars Helicopter Technology Demonstrator. (PDF) J. (Bob) Balaram, Timothy Canham, Courtney Duncan, Matt Golombek, Håvard Fjær Grip, Wayne Johnson, Justin Maki, Amelia Quon, Ryan Stern, and David Zhu. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA), SciTech Forum Conference; 8–12 January 2018, Kissimmee, Florida. doi 10.2514/6.2018-0023.
  11. MiMi Aung - Autonomous Systems Deputy Division Manager. NASA/JPL.
  12. Generation of Mars Helicopter Rotor Model for Comprehensive Analyses. (PDF) Witold J. F. Koning, Wayne Johnson, Brian G. Allan. NASA Rotorcraft. 2018.
  13. Palca, Joe (19 de abril de 2021). «Success! NASA's Ingenuity Makes First Powered Flight On Mars». National Public Radio. Consultado el 19 de abril de 2021.
  14. mars.nasa.gov. «Mars Helicopter - NASA». mars.nasa.gov (en inglés). Consultado el 24 de enero de 2023.
  15. «Mars Helicopter -Status». Consultado el 18 de febrero de 2023.
  16. J. Balaram and P. T. Tokumaru, "Rotorcrafts for Mars Exploration," in 11th International Planetary Probe Workshop, 2014.
  17. Berger, Eric (24 de mayo de 2016). «Four wild technologies lawmakers want NASA to pursue». ARS Technica. Consultado el 24 de mayo de 2016.
  18. Helicopter to accompany NASA's next Mars rover to Red Planet. Stephen Clarke, Spaceflight Now. 14 May 2018.
  19. Dubois, Chantelle (29 de noviembre de 2017). «Drones on Mars? NASA Projects May Soon Use Drones for Space Exploration». All About Circuits.
  20. NASA Mars exploration efforts turn to operating existing missions and planning sample return. Jeff Foust, Space News. 23 February 2018.
  21. NASA to decide soon whether flying drone will launch with Mars 2020 rover. Stephen Clarke, Spaceflight Now. 15 March 2018.
  22. Mars Helicopter to Fly on NASA's Next Red Planet Rover Mission. Karen Northon, NASA News. 11 May 2018.
  23. Agle, AG; Johnson, Alana (28 de marzo de 2019). «NASA's Mars Helicopter Completes Flight Tests». NASA. Consultado el 28 de marzo de 2019.
  24. NASA's Mars Helicopter Attached to Mars 2020 Rover. NASA News - JPL. 28 August 2019.
  25. «La NASA envia un helicoptero a Marte». OCádiz Digital. Consultado el 2018.
  26. Yes, NASA Is Actually Sending a Helicopter to Mars: Here's What It Will Do. Sarah Lewin, Space. 12 May 2018.
  27. Brown, Dwayne; Wendel, JoAnna; Agle, DC; Northon, Karen (11 de mayo de 2018). «Mars Helicopter to Fly on NASA's Next Red Planet Rover Mission». NASA. Consultado el 11 de mayo de 2018.
  28. Chang, Kenneth. «A Helicopter on Mars? NASA Wants to Try». The New York Times. Consultado el 12 de mayo de 2018.
  29. Gush, Loren (11 de mayo de 2018). «NASA is sending a helicopter to Mars to get a bird's-eye view of the planet - The Mars Helicopter is happening, y'all». The Verge. Consultado el 11 de mayo de 2018.
  30. Helicopter Could be 'Scout' for Mars RoversUso incorrecto de la plantilla enlace roto (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).. NASA News. 22 January 2015.
  31. Review on space robotics: Toward top-level science through space exploration (PDF). Y Gao, S Chien - Science Robotics, 2017.
  32. Mars Helicopter a new challenge for flight. NASA JPL: Universe Bulletin, July 2018. Accessed: 9 August 2018.
  33. «La NASA enviará por primera vez un helicóptero a explorar Marte». 20 minutos. Consultado el 2 de septiembre de 2019.
  34. «Ingenuity Mars Helicopter Landing Press Kit» (pdf). NASA. January 2021. Consultado el 05.07.2021.
  35. «El primer helicóptero de Marte supera pruebas clave de funcionamiento». Cienciaplus. Consultado el 7 de junio de 2019.
  36. Volpe, Richard. «2014 Robotics Activities at JPL» (PDF). Jet Propulsion Laboratory. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2021. Consultado el 1 de septiembre de 2015.
  37. Heading Estimation via Sun Sensing for Autonomous Navigation. Parth Shah. 2017.
  38. "NASA's Mars Helicopter: Small, Autonomous Rotorcraft To Fly On Red Planet". Shubham Sharma, International Business Times. 14 May 2018.
  39. Mars Helicopter a new challenge for flight. Universe - JPL - July 2018". Accessed: 20 July 2018.
  40. «La NASA enviará por primera vez un helicóptero a explorar Marte». La Vanguardia. Consultado el 19 de marzo de 2020.

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