독창성(헬리콥터)

Ingenuity (helicopter)
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기발함
화성 2020의 일부
A robotic helicopter on the surface of Mars
2021년 4월 6일, 화성 배치 3일차 라이트 브라더스 필드에서 Ingenuity
유형외계인 자율의 무인항공기 헬리콥터
직렬IGY(민등록)
주인나사
제조사제트추진연구소
사양
치수121cm × 49cm × 52cm (48인치 × 19인치 × 20인치)
건질량1.8kg(4.0lb)[1]
의사소통퍼서비어런스에 기지국을 둔 지그비 트랜스폰더
힘6 태양광 충전 Sony VTC4Li 이온 배터리, 일반 모터 입력 전력: 350와트[2]
인스트루먼트
역사
전개됨
  • 2021년 4월 3일(2021-04-03)
  • 인내로부터.
첫 비행
마지막 비행
  • 2024년 1월 18일(발리노르 힐스의 치(χ) 비행장을 오가는)
항공편72
비행시간2시간 8분 55초, 누적
트래블드
  • 수평: 화성 17.242 km (10.714 mi)
  • 수직: 최대 24m (79ft)

데이터 출처 나사 화성 헬리콥터 비행일지

  • 최대 속도: 22.4mph(36.0km/h, 19.5kn)
운명.지속적인 로터 블레이드 손상으로[4] 인해 폐기됨
위치제제로 크레이터, 화성[3]
나사 화성 헬리콥터

지니(Ginny)라는 별명을 가진 Ingenuity는 화성 2020 임무의 일환으로 2021년부터 2024년까지 화성에서 운영된 NASA의 자율 헬리콥터입니다. Ingenuity는 2021년 4월 19일 첫 비행을 하여 화성의 매우 얇은 대기권에서 비행이 가능하다는 것을 보여주었고, 동력과 제어가 가능한 외계 비행을 수행한 최초의 항공기가 되었습니다. NASA의 제트추진연구소(JPL)가 AeroVironment, NASA의 Ames Research Center 및 Langley Research Center와 협력하여 Lockheed Martin Space, Qualcomm 및 SolAero가 공급한 일부 부품을 사용하여 설계했습니다.

Ingenuity는 2021년 2월 18일 Octavia E에 착륙한 Perseverance 로버의 하부에 부착되어 화성에 전달되었습니다. 45km 너비(28mi)의 제0화구 서쪽 테두리 근처 버틀러 착륙. 전파 신호는 지구와 화성을 오가는데 5분에서 20분 정도 걸리기 때문에 행성의 위치에 따라 직접 제어할 수 없고 JPL이 설계한 비행 계획을 실행하기 위해 자율적으로 비행합니다.

원래 5편의 비행만 하려고 했던 Ingenuity는 거의 3년 만에 72편의 비행을 완료했습니다. 계획된 5개의 비행은 3-5m(10-16ft) 범위의 고도에서 최대 90초의 비행으로 내공성을 입증하기 위한 30-sol 기술 시연의 일부였습니다. 이 시연 이후, JPL은 항공 정찰대가 화성과 다른 세계를 탐험하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지를 탐구하기 위해 일련의 작전 비행을 설계했습니다. Ingenuity는 이러한 운영 역할을 통해 Perseverance 로버의 관심 영역을 정찰하고, 항법 기술을 개선했으며, 비행 범위의 한계를 탐색했습니다. 혹독한 화성 환경에서 Ingenuity의 성능과 복원력은 예상을 크게 뛰어넘어 처음 계획했던 것보다 훨씬 더 많은 비행을 할 수 있게 되었습니다. 2024년 1월 18일, Ingenuity의 72번째 비행기에 착륙하던 중 회전 날개가 손상되어 헬리콥터가 영구적으로 접지되었습니다. 나사는 일주일 후 임무 종료를 발표했습니다. Ingenuity는 1,004일 동안 총 2시간 8분 48초 동안 17킬로미터(11마일) 이상을 비행했습니다.

발전

개념.

2016년 5월 31일 화성 대기를 모사한 압력실에서 처음 비행한 화성 헬리콥터 시제품

결국 Ingenuity가 될 프로젝트의 개발은 2012년 JPL 이사 Charles Elachi가 관련 컨셉 작업을 수행한 연구소의 Autonomous Systems Division을 방문하면서 시작되었습니다. 2015년 1월, NASA는 "위험 감소" 운송 수단으로 알려진 대형 모델 개발에 자금을 지원하기로 합의했습니다.[5] NASA의 JPL과 AeroVironment는 2014년에 정찰 헬리콥터가 로버와 동행할 수 있는 개념적인 디자인을 발표했습니다.[6][7][8] 2016년 중반까지 헬리콥터 개발을 계속하기 위해 1,500만 달러가 요청되었습니다.[9]

2017년 12월까지 화성 대기에서 차량의 엔지니어링 모델을 테스트했습니다.[10][11] 북극에서 모델들이 테스트 중이었지만, 임무에 포함되는 것은 아직 승인되거나 자금이 지원되지 않았습니다.[12]

미션 통합

2014년 7월 화성 2020 프로그램이 승인되었을 [13]때 헬리콥터 비행 시연은 포함되지도 않았고 예산도 책정되지 않았습니다.[14]

2018년 3월에 발표된 미국 연방 예산은 1년간 2,300만 달러를 헬기에 지원하였고,[15][16] 2018년 5월 11일에 화성 2020 임무에 포함될 수 있도록 헬리콥터를 개발하고 시험할 수 있다고 발표했습니다.[17] 이 헬리콥터는 광범위한 비행 역학 및 환경 테스트를 [10][18]거쳤으며 2019년 8월 Perseverance 로버 하부에 장착되었습니다.[19] 나사는 Ingenuity를 건설하는데 약 8천만 달러를 썼고 헬리콥터를 운영하는데 약 5백만 달러를 썼습니다.[20]

2019년, Ingenuity의 예비 설계는 모의 화성 대기 및 중력 조건에서 지구에서 테스트되었습니다. 비행 테스트를 위해 큰 진공 챔버를 사용하여 화성 대기의 매우 낮은 압력을 시뮬레이션하여 이산화탄소를 약 0.60%까지 채웠습니다. 1⁄160) 지구 해수면의 표준 기압 – 대략 지구 대기권의 34,000 m(112,000 ft) 고도에서 비행하는 헬리콥터에 해당합니다. 훨씬 줄어든 화성의 중력장(지구의 38%)을 시뮬레이션하기 위해, 지구 중력의 62%가 비행 실험 중 위로 당겨지는 선으로 상쇄되었습니다.[21] 거의 900개의 컴퓨터 팬으로 구성된 "풍벽"이 챔버에 바람을 제공하는 데 사용되었습니다.[22][23]: 1:08:05–1:08:40

2020년 4월, 이 차량은 미국 앨라배마주 노스포트에 위치한 투스칼루사 카운티 고등학교 11학년 여학생인 바네자 루파니(Vaneza Rupani)가 NASA의 "로버(Name the Rober)" 콘테스트에 에세이를 제출하여 Ingenuity라고 이름 지었습니다.[24][25] 계획 단계에서 화성 헬리콥터 스카우트([26]Mars Helicopter Scout) 또는 간단히 화성 헬리콥터([27]Mars Helicopter)로 알려진 별명은 나중에 부모 로버 퍼서비어런스(Perseverance)[28]와 병행하여 사용되기 시작했습니다. 지구에서 테스트하기 위한 본격적인 엔지니어링 모델의 이름은 Earth Copter, 비공식적으로는 Terry였습니다.[29]

Ingenuity는 이러한 차량이 안전하게 비행할 수 있는지 여부를 평가하기 위해 JPL에 의해 기술 시연자로 설계되었습니다. 그것이 만들어지고, 발사되고, 착륙하기 전에, 과학자들과 관리자들은 헬리콥터가 미래의 임무 관제사들에게 이동 경로, 계획, 그리고 위험 회피를 도울 더 많은 정보를 줄 수 있는 더 나은 지도와 지침을 제공할 수 있기를 희망했습니다.[17][30][31] 큐리오시티를 통한 이전 로버들의 성능을 바탕으로, 이러한 항공 스카우트는 미래의 로버들이 솔당 최대 3배까지 안전하게 주행할 수 있을 것이라고 가정했습니다.[32][33] 그러나 새로운 AutoNav 기능의 Perseverance는 이러한 장점을 상당히 감소시켜 로버가 솔 당 100미터 이상을 주행할 수 있도록 해주었습니다.[34]

개발팀

2018년 Ingenuity팀

Ingenuity 팀은 JPL의 정규직 직원 수가 65명을 넘지 않을 정도로 규모가 작았습니다. AeroVironment, NASA AMES 및 Langley 연구 센터의 프로그램 담당자는 총 150명이 되었습니다.[5] 주요 인력은 다음과 같습니다.

2021년 6월 15일, Ingenuity의 뒤를 잇는 팀은 2021년 존 L. "잭" 스위거트 주니어의 우승팀으로 선정되었습니다. 우주재단의 우주탐사상.[57] 2022년 4월 5일, 미국 항공 협회는 Ingenuity와 JPL의 그룹에게 2021 Collier Trophy를 수여했습니다.[58][59]

반대.

참고 항목: 마스 2020

화성 2020 임무에 헬리콥터를 포함시키자는 아이디어는 여러 사람들에 의해 반대되었습니다. 2010년대 말까지 몇몇 NASA 지도자, 과학자 및 JPL 직원들은 헬리콥터를 임무에 통합하는 것에 반대한다고 주장했습니다. 미래의 Ingenuity는 3년 동안 화성 2020 프로젝트와 그 예산 외에서 개발되었습니다.[60][61] 그리고 비록 NASA 경영진이 2018년 봄 헬리콥터의 추가가 탐사의 목표를 해치지 않을 것이라는 보장을 받아들였지만, 화성 2020 수석 과학자인 케네스 팔리는 "우리는 효율성을 위해 매우 열심히 노력하고 있으며 30일 동안 기술 시연에 시간을 할애하는 것이 과학의 관점에서 직접적으로 이러한 목표를 달성하지 못하기 때문에 저는 개인적으로 반대해 왔습니다."[62] Farley는 헬리콥터가 짧은 시간 동안에도 용납할 수 없는 우선순위의 과학적 과제로부터 주의를 산만하게 한다고 확신했습니다.[62]

독창성과 인내력으로[a] 이동한 총 거리 비교

NASA의 리더십에 대한 회의론은 근거가 없는 것은 아니었습니다. 과학자, 엔지니어 및 관리자는 추가 항공 정찰의 이점과 로버가 할당된 모든 작업을 완료하는 데 드는 일정에 따라 불가피하게 발생하는 비용을 실용적으로 비교하는 작업을 진행했습니다. NASA의 라이브 스트림에서 Ingenuity 프로젝트 매니저인 MiMi Aung과 Jennifer Trosper는 Ingenuity의 가치에 대해 논의했습니다. 트로스퍼는 이 로버가 자동 항법 능력 때문에 헬리콥터를 앞지를 것이며, 따라서 헬리콥터의 임무에 대한 가치에 대한 핵심 주장 중 하나를 무효화할 것이라고 주장했습니다. 2022년 봄, 솔 400이 시작될 때 헬리콥터가 로버 뒤에 떨어졌을 때 트로스퍼가 옳았다는 것이 밝혀졌습니다.

"시험 기간"이 끝나자 NASA는 Ingenuity에 대한 지원을 30솔 더 연장하여 몇 주마다 한 번의 비행으로 출발 빈도를 제한했습니다.

2021년 6월 14일, 화성 탐사 프로그램 책임자 E. Janson과 주요 화성 탐사자 M. 마이어는 화성 2020 프로젝트의 모든 직원들에게 직접 연설을 했습니다. 이 연설에서 그들은 직원들에게 Ingenuity의 열정을 억제하고 샘플 수집에 집중하라고 경고했습니다." 같은 날, 행성자문위원회(PAC)에 제출한 보고서에서 헬리콥터는 과거 시제로만 언급되었으며, 예를 들어 "...Ingenuity를 배치하고 기술 시연 단계를 완료했습니다..".[63]이러한 초기 비관론에도[63] 불구하고 Ingenuity는 그 이후로 Perseverance를 따라잡을 수 있는 능력 이상임이 입증되었으며 실제로 Jero 델타를 따라가는 대부분의 횡단 동안 로버보다 앞서 있습니다.[64]

2022년 하반기 운영실적 부진의 주요인은 화성 겨울의 부족한 태양광 에너지였습니다.[65]

설계.

기계설계

Ingenuity의 주요 구성 요소

Ingenuity는 136mm × 195mm × 163mm (5.4인치 × 7.7인치 × 6.4인치) 크기의 직사각형 동체를 직경 1.21m (4ft) 크기의 동축 반회전 로터 쌍 아래에 매달아 놓은 것으로 구성됩니다.[1][11][27] 이 어셈블리는 각각 384mm(15.1인치)의 4개의 랜딩 레그에 의해 지지됩니다.[1] 또한 배터리를 충전하기 위해 로터 위에 장착된 태양광 어레이를 운반합니다. 전체 차량의 높이는 0.49m(1피트 7인치)입니다.[1]

독창적인 상부 사판 어셈블리
A – 로터 블레이드, B – 피치 링크, C – 서보, D – 사판

화성의 낮은 중력(지구의 약 3분의 1)은 화성의 95% 이산화탄소 대기의 희박함을 부분적으로만 상쇄하기 [66]때문에 항공기가 적절한 양력을 생성하기가 훨씬 어렵습니다. 이 행성의 대기 밀도는 해수면에서 지구의 1 ⁄ 100 정도이며, 이는 현존하는 헬리콥터가 도달한 적이 없는 고도인 27,000 미터 (87,000 피트)와 거의 같습니다. 이 밀도는 화성의 겨울에 훨씬 더 감소합니다. Ingenuity를 높이 유지하기 위해, 확대된 크기의 특수 모양의 블레이드는 2400 rpm에서 2900 rpm 사이에서, 즉 지구에서 필요한 것보다 약 10배 더 빠르게 회전해야 합니다.[11][67][68] 헬리콥터의 각 반대 회전 동축 로터는 집단 피치와 순환 피치 모두에 영향을 미칠 수 있는 별도의 사판에 의해 제어됩니다.[69] Ingenuity는 발사와 화성 착륙 시 가속과 진동을 손상 없이 견딜 수 있도록 우주선 사양으로도 제작되었습니다.[68]

항전학

독창성은 두 개의 어셈블리로 그룹화된 서로 다른 센서 패키지에 의존합니다. 모든 센서는 상용 기성품입니다.

Ingenuity 내부 하드웨어의 구조설계

상부 센서 어셈블리는 관련 진동 격리 요소와 함께 차량의 질량 중심에 가까운 돛대에 장착되어 각속도와 가속도의 영향을 최소화합니다. 휴대폰 등급의 Bosch BMI-160 Inertial Measurement Unit(IMU)와 경사계(Murata SCA100T-D02)로 구성되어 있으며, 경사계는 비행 전 지상에 있는 동안 IMU를 보정하는 데 사용됩니다. 하부 센서 어셈블리는 고도계(Garmin LIDAR Lite v3), 카메라 및 보조 IMU로 구성되며, 모두 전자 코어 모듈에 직접 장착됩니다(마스트에 장착되지 않음).[69]

기지국의 모노폴 안테나는 로버의 우측 후방에 있는 브래킷에 장착됩니다.

Ingenuity는 425×165mm 태양 전지판을 사용하여 배터리를 충전합니다. 이 전지는 35~40Wh(130~140kJ)의 에너지 용량[21](명판 용량 2Ah)을 가진 6개의 소니 Li-이온 전지입니다.[10] 비행 지속 시간은 사용 가능한 배터리 전력에 의해 제한되지 않고 열에 의해 제한됩니다. 비행 중에 구동 모터는 매초마다 1°C씩 가열되며, 얇은 화성 대기는 열 방출을 잘 하지 못합니다.[70] 이 헬리콥터는 리눅스 운영 체제를 실행하는 퀄컴 스냅드래곤 801 프로세서를 사용합니다.[42] 다른 기능 중에서도 내비게이션 카메라로 추적한 지형 특징에서 파생된 속도 추정을 통해 시각적 내비게이션 알고리즘을 제어합니다.[71] Qualcomm 프로세서는 두 개의 방사선 저항 비행 제어 마이크로컨트롤러(MCU)에 연결되어 필요한 제어 기능을 수행합니다.[10]

통신 시스템은 헬리콥터와 로버 간의 데이터 교환을 위해 모노폴 안테나가 있는 두 개의 동일한 라디오로 구성됩니다. 라디오 링크는 두 차량에 장착된 914MHz SiFlex 02 칩셋을 통해 구현된 저전력 지그비 통신 프로토콜을 활용합니다. 통신 시스템은 최대 1,000m(3,300ft) 거리에서 250kbit/s의 속도로 데이터를 중계하도록 설계되었습니다.[54] 전방위 안테나는 헬리콥터의 태양광 패널 어셈블리의 일부이며 무게는 4g입니다.[72]

카메라 및 사진

Ingenuity의 카메라 두 대는 항공기 아래에서 볼 수 있습니다.

Ingenuity에는 고해상도 RTE(Return to Earth) 카메라와 저해상도 내비게이션(NAV) 카메라의 두 가지 상용 기성품 카메라가 장착되어 있습니다. RTE 카메라는 롤링 셔터인 Sony IMX214, 4208 × 3120 픽셀 해상도 컬러 센서와 바이엘 컬러 필터 어레이가 내장되어 있으며 O-필름 광학 모듈에 장착되어 있습니다. NAV 카메라는 640 × 480 흑백 글로벌 셔터 센서인 옴니비전 OV7251로 구성되며 써니 광학 모듈에 장착됩니다.[10]

Ingenuity는 Perseverance와 달리 3D 사진을 위한 쌍둥이 사진을 동시에 찍을 수 있는 특별한 스테레오 카메라가 없습니다. 그러나 헬리콥터는 11편에서와 같이 약간의 오프셋 위치에서 맴돌면서 동일한 지형의 컬러 사진을 중복 촬영하거나 12편에서와 같이 왕복 비행의 귀환 다리에서 오프셋 사진을 촬영함으로써 이러한 이미지를 만들 수 있습니다.[73]

Ingenuity가 지상에 있는 동안 촬영된 Ingenuity의 Navigation Camera와 Color Camera(RTE)에서 각각 하나씩 두 개의 이미지 조합

RTE 컬러 카메라는 비행에 필요하지 않지만(7, 8편에서와[52] 마찬가지로) NAV 카메라는 각 비행을 통해 연속적으로 작동하며, 촬영된 영상은 비행 중 항공기의 위치와 움직임을 파악하기 위한 시각적 오도메트리에 사용됩니다. 항공기, 로버 및 지구 간 전송 속도의 제한으로 인해 각 비행에서 제한된 수의 이미지만 저장할 수 있습니다. 전송을 위해 저장할 이미지는 각 비행 전에 비행 계획에 의해 정의되며, NAV 카메라의 나머지 이미지는 사용 후 폐기됩니다.[citation needed]

2021년 12월 16일 현재 내비게이션 카메라의[74] 흑백 영상은 2,091장, 지형 카메라(RTE)[75]의 컬러 영상은 104장이 게재되어 있습니다.

각[74] 비행당 두 카메라에서 저장된 이미지 수
비행기 번호. 날짜(UTC) 및 화성 2020 미션솔 사진들 평.
b/w
NAV 		색.
RTE
2021년 4월 19일 이전(솔58) 6[76] 6[77] 프리플라이트 카메라 테스트
1 2021년 4월 19일 (솔58) 15 —
2 2021년 4월 22일 (솔61) 17 3 첫번째 컬러 포토 세션
3 2021년 4월 25일 (솔64) 24 4
4 2021년 4월 30일 (솔69) 62 5
5 2021년 05월 07일 (솔76) 128 6
6 2021년 05월 23일 (솔91) 106 8
7 2021년 6월 8일 (솔 107) 72 0 RTE가[52] 꺼졌습니다.
8 2021년 6월 22일 (솔 121) 186 0
9 2021년 07월 05일 (솔 133) 193 10
10 2021년 7월 24일 (솔 152) 190 10 암각화를 만들기 위해 찍은 융기된 능선의 다섯 쌍의 컬러 이미지.[53]
11 2021년 8월 5일 (솔 164) 194 10
12 2021년 8월 16일 (솔174) 197[78] 10 그림을 만들기 위해 찍은 다섯 쌍의 세이타 컬러 이미지.[49]
13 2021년 09월 05일 (Sol 193) 191[79] 10
2021년 9월 16일(솔 204) ~ 2021년 10월 23일(솔 240) 9 1 프리플라이트 14개의 테스트
14 2021년 10월 24일 (솔241) 182 —
15 2021년 11월 6일 (솔254) 191 10
2021년 11월 15일 (솔 263) — 1 그라운드 컬러 사진[80]
16 2021년 11월 21일 (솔268) 185 9
2021년 11월 27일 (솔274) — 1 그라운드 컬러 사진[80]
17 2021년 12월 5일 (솔282) 192 —
18 2021년 12월 15일 (솔292) 184 —
2021년 12월 20일(솔 297) ~ 2022년 2월 3일(솔 341) 10 1 사전 비행 19개의 테스트 및 사후 먼지 폭풍 잔해 제거 작업
19 2022년 2월 8일 (솔 346) 92 —
20 2022년 2월 25일 (솔362) 110 10
2022년 2월 27일 (솔364) — 1 프리플라이트 21개의 테스트
21 2022년 3월 10일 (솔 375) 191 —

비행 소프트웨어

비행 9 영상을 후처리하여 지구에서 실험한 Ingenuity의 위험 회피 능력

이 헬리콥터는 비행 중에 자율 조종 장치를 사용하는데, 이는 제트 추진 연구소(JPL)의 운영자들이 원격 로봇으로 계획하고 대본을 작성한 것입니다. 각 착륙 전후에 Perseverance 로버와 직접 통신합니다.[23]: 1:20:38–1:22:20

Ingenuity의 비행 제어 및 항법 소프트웨어는 원격으로 업데이트할 수 있으며, 이는 헬리콥터가 원래 임무 이상으로 계속 작동함에 따라 소프트웨어 버그를[81][52] 수정하고 새로운 기능을 추가하는 데 사용되었습니다. 34편 이전에는 착륙 중 위험을 피하고 고르지 않은 지형을 이동할 때 항법 오류를 수정할 수 있도록 소프트웨어가 업데이트되었습니다. 이 업데이트는 헬리콥터가 원래 착륙 지점의 비교적 평평한 지형에서 벗어나 더 다양하고 위험한 지형으로 이동하면서 필요하게 되었습니다.[82]

사양

Ingenuity의 비행특성
회전자 속도 2400–2700 rpm[1][27][83]
블레이드 팁 속도 <0.7 마하[26]
당초 계획된 운영시간 30솔[1][2] 이내의 1~5회 비행
비행시간 비행당[84] 최대 167초
최대 사거리, 비행 704 m (2,310 ft)
최대 범위, 라디오 1,000 m (3,300 ft)[10]
최대고도 12m(39ft)
가능한 최대 속도
  • 수평: 10m/s (33ft/s)[6]
  • 수직: 3m/s(9.8ft/s)[6]
배터리 용량 35–40 Wh (130–140 kJ)[21]

운영이력

주요 기사: 인제뉴이티 항공편 목록

주임무

퍼서비어런스는 2021년 3월 21일 Ingenuity를 보호하는 파편 방패를 떨어뜨렸고, 헬리콥터는 2021년 4월 3일 로버 하부에서 화성 표면으로 전개되었습니다.[85] 그 날 헬리콥터의 두 카메라는 탐사선의 그림자 속에 있는 제로 크레이터 바닥의 흑백 사진과 컬러 사진을 찍는 테스트를 받았습니다.[86][77] 전개 후, 로버는 안전한 비행 구역을 허용하기 위해 드론으로부터 약 100m(330ft) 떨어진 곳까지 주행했습니다.[87][88]

2021년 4월 8일 Ingenuity의 로터 블레이드가 잠금 해제되었고(미션 솔 48), 헬리콥터는 50rpm에서 저속 로터 스핀 테스트를 수행했습니다.[89][90][91][92][93]

지난 4월 9일 고속 스핀 테스트가 시도됐지만 예기치 못한 상황에서 헬기가 잘못 작동하지 않도록 보호하는 소프트웨어인 워치독 타이머가 만료돼 실패했습니다.[94] 4월 12일, JPL은 문제를 해결하기 위한 소프트웨어 수정을 확인했다고 밝혔습니다.[81] 그러나 시간을 절약하기 위해 JPL은 해결 절차를 사용하기로 결정했는데, 관리자들은 이 절차가 성공할 확률이 85%이며 헬리콥터에 "가장 덜 파괴적"일 것이라고 말했습니다.[35]

Ingenuity는 2021년 4월 16일 2400 rpm의 전속 로터 스핀 테스트를 통과하면서 표면에 남아 있었습니다.[95][96] 3일 후인 4월 19일, JPL은 처음으로 헬리콥터를 날렸습니다. 네 번째 비행을 시도했을 때 워치독 타이머 문제가 다시 발생했습니다. 4월 30일로 일정이 변경된 네 번째 비행은 수많은 컬러 사진을 포착하고 흑백 내비게이션 카메라로 표면을 탐사했습니다.[37]

6월 25일, JPL은 감시자 문제를 영구적으로 해결하기 위해 지난주에 소프트웨어 업데이트를 업로드했으며, 로터 스핀 테스트와 8번째 비행에서 업데이트가 작동했음을 확인했다고 밝혔습니다.[52]

각각의 비행은 지상에서 3-5m(10-16ft) 범위의 고도를 목표로 계획되었지만, Ingenuity는 곧 그 계획된 높이를 초과했습니다.[1] 첫 번째 비행은 약 40초 동안 지속되고 로버의 사진을 촬영하는 것을 포함하여 3m (9.8ft) 고도에서 공중을 맴돌았습니다. 첫 번째 비행은 성공했고, 이후의 비행은 헬리콥터를 운용할 수 있는 할당된 시간이 줄어들면서 점점 더 야심 차게 되었습니다. JPL은 헬리콥터가 추락할 가능성이 있는 30일의 기간이 끝나기도 전에 임무가 중단될 수도 있으며,[23]: 0:49:50–0:51:40 결과는 발생하지 않았다고 말했습니다. Ingenuity는 비행당 최대 90초 이내에 50m(160ft) 아래로 이동한 다음 다시 출발 지역으로 이동할 수 있었지만, 그 목표도 곧 네 번째 비행으로 초과되었습니다.[1][37]

커미셔닝 순서는 다음과 같습니다.

표면 전개 순서
1단계 Perseverance는 착륙 도중 RIMFAX 장비를 보호하던 팬을 떨어뜨리고 그로부터 멀어지게 합니다.
2단계, 보호 부스러기 방패를 떨어뜨려 측면에 보관된 Ingenuity를 노출시킵니다. 인내심은 그로부터 멀어집니다.
Step 3, Ingenuity는 아래로 스윙하며, 네 다리 중 두 다리를 뻗습니다.
4단계, Ingenuity가 표면에 배치되고 Perseverance가 몰아가기 전에 네 다리를 모두 펼칩니다.
Ingenuity가 표면에 배치한 후 2021년 3월 29일 Perseverance가 촬영한 이미지로, 2021년 3월 21일 파편 방패가 떨어졌다가 버려진 모습을 보여줍니다.
비행 전 시험
기발함이 성공적으로 배치되고, 인내심이 안전한 거리로 이동했습니다. 로터 블레이드는 보관된 상태로 여전히 잠겨 있습니다.
이제 테스트를 위해 로터 블레이드의 잠금이 해제되고 Ingenuity가 안전한 장소에서 Perseverance를 감시합니다.
Sol 48, 저속(50rpm) 로터 스핀업 테스트 성공
솔 55, 고속(2,400rpm) 스핀업 테스트. 스핀 테스트는 성공적입니다. 다음 단계는 비행 테스트입니다.
비행시험
2021년 4월 19일 시험 비행 1편
테스트 비행 1, 먼지가 위로 튀어 오르는 것을 보여주기 위해 강화되었습니다.
2021년 4월 22일 시험 비행 2편
2021년 4월 25일 시험 비행 3편
2021년 4월 30일 시험 비행 4편

첫 세 번의 성공적인 비행 후, 목표는 기술 시연에서 운영 시연으로 변경되었습니다. Ingenuity는 운영 시연 단계를 시작하기 전에 4번과 5번 두 번의 비행으로 과도기적인 단계를 거쳤습니다.[97] 2023년 11월까지 주요 임무 우선순위는 다음과 같습니다.[98]

  • 로버 작업에 대한 중대한 간섭 또는 지연 방지
  • 차량 건강 및 안전 유지
  • 전술계획 및 과학평가를 위한 스카우트 수행
  • 미래의 화성 회전자에 대한 임무 및 차량 설계를 알려주기 위한 실험을 수행하거나 재량 과학을 위한 데이터를 수집합니다.

운영 데모 단계

화성에서의 독창성 2023년 8월 3일 54편
창의력, 퍼서비어런스가 들은 4편

NASA는 2021년 4월 30일 최종 시범 비행 직전에 퍼서비어런스와 같은 지상 자산에 대한 보충 정찰로 헬리콥터를 사용하여 탐사하는 "작전 시연 단계"에서 Ingenuity의 지속적인 운영을 승인했습니다.[97] Ingenuity를 위한 자금은 매달 갱신되었습니다.[99]

6번 비행을 계기로, 탐사 목표는 지형을 지도로 만들고 정찰함으로써 로버 과학 임무를 지원하는 방향으로 전환되었습니다.[100] Ingenuity는 Perseverance를 돕기 위해 더 많은 일을 할 것이지만, 로버는 헬리콥터에 대한 관심을 줄이고 헬리콥터의 비행 중 사진을 찍는 것을 중단할 것입니다. JPL 관리자들은 사진 촬영에 "엄청난" 시간이 소요되어 고대 생명체의 흔적을 찾는 프로젝트의 주요 임무가 느려졌다고 말했습니다.[101]

5월 7일, Ingenuity는 새로운 착륙지로 날아갔습니다.[102]

2021년 9월까지 12번의 비행 끝에 임무를 무기한 연장했습니다.[103] 2022년 3월까지 21번의 비행 끝에 NASA는 적어도 오는 9월까지 2~3주[103] 간격으로 Ingenuity 비행을 계속할 것이라고 밝혔습니다. 헬리콥터의 다음 목표 영역은 운용 첫 해에 비행한 상대적으로 평평한 지형보다 더 험준했습니다. 고대 부채꼴 모양의 강 삼각주에는 들쭉날쭉한 절벽, 각진 표면, 돌출된 바위가 있습니다. Ingenuity는 임무 팀이 Perseverance가 델타의 정상으로 가야 할 경로를 결정하는 데 도움을 주었고 잠재적인 과학 목표를 분석하는 데 도움을 주었습니다. 소프트웨어 업데이트는 헬리콥터의 50피트 고도 제한을 없애고 비행 속도를 변경할 수 있게 했으며 그 아래의 지형 질감에 대한 이해를 향상시켰습니다. NASA 부관리자 토마스 주르부헨은 1년도 채 되지 않아 "화성에서 동력이 공급되고 조종되는 항공기의 비행이 가능한지조차 알지 못했습니다."라고 언급했습니다. 그는 항공기가 할 수 있는 일을 이해하는 발전이 "항공 및 우주 탐험의 역사에서 가장 역사적인 것 중 하나"라고 말했습니다.[104]

이 헬리콥터의 예상보다 긴 비행 경력은 화성에서 계절적인 변화로 이어졌습니다. 이것은 대기 밀도를 낮췄는데, 비행 팀의 계산에 따르면 비행을 위해 더 높은 회전자 속도를 필요로 했습니다: 아마도 2700 rpm. JPL은 블레이드 팁이 음속에 접근할 경우 위험한 진동, 전력 소비 및 공기역학적 항력을 유발할 수 있다고 말했습니다.[83] 그래서 비행팀은 Ingenuity에게 지상에 남아있는 동안 2800 rpm으로 회전자를 테스트하도록 명령했습니다.

9월 중순, 비행팀은 화성이 태양 뒤로 이동하면서 지구와의 통신을 차단하고 로버와 헬리콥터의 작동을 중단시키는 화성의 겨울과 태양의 결합을 준비하기 시작했습니다. 2021년[97][105] 10월 중순 셧다운이 시작되었을 때 헬리콥터는 퍼서비어런스에서 175미터(575피트) 떨어진 곳에 정지해 있었고 매주 상태를 로버에 전달하여 건강 상태를 확인했습니다.[106] JPL은 Ingenuity가 태양과의 결합에서 살아남았기 때문에 계속 비행할 계획이었습니다.[107][108] NASA 지도자들은 임무를 연장하는 것은 프로젝트의 비용을 증가시킬 것이지만, 그들은 그 비용이 배운 정보에 가치가 있다고 믿었다고 말했습니다.[109]

각 비행의 발사 시간은 밤 이후 예열이 필요한 배터리 온도에 영향을 받았습니다. 화성의 여름 동안 낮은 공기 밀도는 모터에 더 높은 부하를 가했기 때문에 비행은 정오(LMST 12:30)에서 아침(LMST 9:30)으로 전환되었고 모터가 과열되지 않도록 130초로 제한되었습니다.[110]

2022년 5월 3일과 4일, 임무에서 처음으로 헬리콥터는 4월 29일 28번째 비행에 이어 예기치 않게 로버와 통신하지 못했습니다.[111] JPL은 Ingenuity의 충전식 배터리가 밤에 가는 동안 전원이 떨어지거나 배터리 충전 상태가 부족하다고 판단했습니다. 아마도 태양 전지판의 햇빛을 감소시키는 대기 먼지의 계절적 증가와 겨울이 다가옴에 따라 더 낮은 온도 때문일 것입니다. 배터리 팩의 충전 상태가 하한 이하로 떨어지면 헬리콥터의 FPGA(Field-Programmable Gate Array)가 전원을 끄고 임무 시계가 재설정되어 로버의 기지국과 동기가 끊겼습니다. 연락처는 5월 5일에 재설정되었습니다. 관제사들은 부품들이 밤의 극심한 추위에 노출될 위험을 감수하면서 전력을 절약하기 위해 밤에 헬리콥터의 히터를 끄기로 결정했습니다.[112] 이러한 일일 충전 상태 적자는 화성의 겨울 기간(최소 9월/10월까지) 동안 지속될 가능성이 높습니다.[111]

2022년 6월 6일 업데이트에서 JPL은 Ingenuity의 기울기 센서가 작동을 멈췄다고 보고했습니다. 각 비행을 시작할 때 헬리콥터의 방향을 결정하는 것이 목적이었습니다. 미션 컨트롤러는 우주선의 관성 측정 장치(IMU)를 사용하여 온보드 내비게이션 컴퓨터에 동등한 데이터를 제공하는 해결책을 개발했습니다.[113]

2023년 1월, 이 헬리콥터는 화성의 봄이 시작됨에 따라 밤새 정전되고 FPGA가 재설정되는 것을 피할 수 있는 충분한 태양광 발전을 갖추기 시작했습니다.[65] 이것은 헬리콥터가 더 자주 그리고 더 긴 거리를 비행할 수 있다는 것을 의미했습니다.[citation needed]

2023년 3월, 이 헬리콥터는 제제로 삼각주의 거친 지형에서 제한된 전파 범위를 다루기 위해 잦은 비행을 했습니다. 강 삼각주의 좁은 협곡에서 헬리콥터는 잠재적으로 위험하다고 생각되는 "출입 금지" 구역에 진입하여 로버를 통과하는 대신 로버 앞에 머물러 있어야 했습니다.[64]

임무 관제사들은 비행 후 Ingenuity와의 연락을 세 번이나 끊었는데, 이때 헬리콥터가 Perseverance와 시야에 들어오지 않아 헬리콥터와 지구 사이의 비행 데이터를 중계하는 로버와의 무선 통신을 방해했습니다. 2023년 4월 2일 49번째 비행 후, JPL은 Ingenuity와 6일 동안 연락이 끊겼으며, Perseverance가 통신이 재개되는 지점으로 운전했습니다.[114] JPL은 2023년 4월 26일 52편 이후 63일 동안 헬기와 접촉이 없었습니다. 임무 관제사들은 의도적으로 Ingenuity를 무선 범위 밖으로 날려보냈으며, 며칠 안에 통신을 재개할 것으로 예상했습니다. 그러나 인내 관제사들은 탐사 계획을 변경하고 거리를 더 벗어난 후 암석 샘플을 수집하는 데 어려움을 겪었고, 6월 28일 마침내 헬리콥터를 향해 운전하고 연락을 다시 확립하기 전에 또 다른 지연을 추가했습니다.[115][98] Ingenuity와의 교신은 2024년 1월 18일 72편 비행 종료 시 다시 끊겼습니다. 통신은 1월 20일에 다시 설정되었지만 비행 후 평가에서 비행 후 내비게이션과 지평선 카메라에 의해 촬영된 Ingenuity의 그림자 이미지는 회전 날개 끝에 손상을 보였습니다. 이것으로 운영 데모 단계와 미션이 종료되었습니다.[116][117][118][119][120][121]

임무 종료

Ingenuity는 2024년 1월 18일 72편 비행 후 착륙 도중 로터 블레이드가 부러지고 다른 블레이드 팁이 손상되어 영구적으로 접지되었습니다. 이 사고는 대부분 특징이 없는 모래 언덕 지역에서 발생한 자율 항법 오류로 인해 발생한 것으로 추정되며, 이는 참고 사항이 거의 제공되지 않습니다.[4][122][123][124][125] JPL은 앞으로 화성에 GPS 시스템이 구축되면 그러한 문제들을 피할 수 있을 것이라고 말했습니다.[126]

2024년 1월 25일, NASA 관리자인 빌 넬슨은 임무 종료를 발표했습니다.[117] Ingenuity의 최종 위치는 J.R.R. Tolkien 3부작의 불멸의 마지막 거주지인 반지의 제왕에 대한 언급으로 프로젝트 팀인 Valinor Hills가 별명을 붙인 이후로 χ에 있는 Chi 비행장에 있습니다.

Ingenuity는 사고 후에도 회전자의 저속 회전을 명령하는 JPL의 신호에 계속 반응했습니다. 헬리콥터는 로터 그림자를 촬영했고, 그 결과 블레이드 중 하나가 완전히 사라졌습니다.[4][128]

  • Ingenuity's total flight path (in yellow) at the end of mission. Also shown is the track of the rover, Perseverance, up to that point.
    Ingenuity의 임무 종료 시 총 비행 경로(노란색). 또한 해당 시점까지의 로버의 트랙인 Perseverance도 표시됩니다.
  • Detail of final position at Airfield Chi (χ), showing the dunes referred to as Valinor Hills.[129][130]
    치 비행장(χ)의 최종 위치에 대한 세부 정보로, 발리노르 힐스로 지칭되는 사구를 보여줍니다.
2024년 2월 4일 퍼서비어런스가 촬영한 발리노르 언덕 기슭에 있는 치 비행장(χ)에서 Ingenuity의 임무 종료 지점.
2024년 2월 21일 퍼서비어런스가 촬영한 Ingenuity의 최종 위치 위 발리노르 언덕
손상된 로터 블레이드 72편
Ingenuity가 2023년 12월 22일 70편 비행 중 촬영한 피해가 발생한 사구 지역.
2024년 1월 18일 72편 비행 후 Ingenuity의 지평선 카메라에 의해 촬영된 로터 블레이드 중 하나의 손상된 끝 부분의 그림자.[4][124][131]
블레이드가[132][133] 없거나 손상된 Ingenuity 보기
날이[132][133] 빠진 Ingenuity의 애니메이션 뷰
임무 종료 – "실종" 로터 블레이드 및 손상된 Ingenuity 헬리콥터 (2024년 2월 24일)

후속 임무 및 향후 작업 및 개념

현재 화성에 큐리오시티/퍼서런스급 과학실험실을 보낼 계획은 없으며, 화성 프로젝트에 대한 자금은 화성 샘플 반환 캠페인을 완료하는 데 필요한 수준으로 동결되어 있습니다.[134]

샘플 반환 헬리콥터

Ingenuity를 기반으로 한 샘플 리턴 헬리콥터

미래의 화성 헬리콥터에 대한 아이디어가 제안되었습니다. 2022년 3월, 이전에 Ingenuity를 만든 AeroVironment 엔지니어들은 280g의 탑재량을 가진 새로운 헬리콥터의 개념을 제시했습니다. 손가락이 두 개인 그립퍼와 자체 추진식 랜딩 기어가 있는 90g의 소형 매니퓰레이터 암을 사용하면 페치 로버[135] 대신 이러한 유형의 차량을 사용하여 Perseverance에서 수집한 샘플이 포함된 샘플 튜브 케이스를 선택할 수 있습니다.[136] 2022년 9월 15일 브리핑에서 로리 글라이즈 NASA 행성과학부 국장은 이 헬리콥터 중 두 대를 사용할 의향이 있음을 확인했습니다.[137]

Ingenuity를 의도된 조립식 헬리콥터 쌍의 프로토타입으로 선택한 것은 AeroVironment 설계자들이 Ingenuity에 내장된 인상적인 안전 여유를 바탕으로 한 것입니다. 원칙적으로 섀시의 고마모 충격 흡수기에 대한 100번의 착륙 제한도 43개의 슬리브를 모두 이송하는 데 충분합니다. 이러한 유형의 헬리콥터는 여러 개의 소형 탑재체를 운반하여 다양한 위치에 배치 및 재배치하여 다양한 분산 및 네트워크 작업을 수행할 수 있습니다.[138]

관성 항법은 독창적인 화성의 주요 과제 중 하나였습니다. 헬리콥터는 이전에 수집된 NAV 프레임 세트에 이미 "매핑"된 트랙을 정확하게 따라 이륙 지점에 착륙할 수 있는 능력을 보여주어야 합니다. 향후 샘플 반환 임무에서 각 카트리지 케이스는 출발 지점에서 끝나는 한 쌍의 비행기가 필요합니다. 착륙 정확도는 Ingenuity의 31번째 비행의 과제였습니다.[139] 화성의 대기가 매우 희박하기 때문에 지상 헬기의 기동과 착륙 기술을 반복할 수 없습니다.[140][8]

화성 과학 헬리콥터

Ingenuity가 제안한 후계자, Mars Science Helicopter

Ingenuity가 수집한 데이터는 더 큰 탑재체를 운반할 수 있는 미래의 헬리콥터 개발을 지원하기 위한 것입니다. 화성 과학 헬리콥터 임무는 JPL에서 화성 회전 우주선의 다음 진화 단계입니다. 핵심 초점은 화성 표면의 회전익 항공기 플랫폼에 과학 탑재체(0.5kg~2kg)를 배치하는 데 필요한 기술을 개발하는 것입니다. MSH는 화성 2020을 위해 설립된 화성 헬리콥터 기술 시연(MHTD)에서 개발한 많은 기술을 계승하고, 화성 전역에서 새로운 등급의 중규모 행성 접근을 가능하게 하기 위해 기능을 확장할 예정입니다.[141][17][10][142]

과학 탑재체가 동적이고 계산적으로 대표되는 회전익 항공기에서 어떻게 배치, 복구, 통합 및 운영될 수 있는지 설계하고 증명하는 것은 화성 과학 탐사의 새로운 지평을 확장하는 데 매우 중요할 것입니다.[141][17][10][142]

초점은 다음과 같습니다.

  • 과학 페이로드를 운반하고 전개할 수 있는 회전익 구성
  • 항공전자, 배터리, 전력 시스템 및 내비게이션 알고리즘의 기술 발전을 예측합니다.
  • MHTD와 함께 항전 및 페이로드 통합을 평가하기 위한 Earthbound 실증 테스트베드는 FSW, C&DH 및 최종 자율 과학 임무 수행을 계승했습니다.[141][17][10][142]

매기이다.

주요 기사: 화성 항공 및 지상 글로벌 지능형 탐사기

Mars Aerial and Ground Global Intelligent Explorer(MAGIE)는 2024년 NIAC 선택 과정에서 제안된 소형 고정 날개 항공기입니다.[143]

라이트 형제에게 바치는 헌사

NASA와 JPL 관계자들은 최초의 화성 Ingenuity 헬리콥터 비행을 지구에서 최초로 성공한 동력 비행기 비행에 비유하여 "라이트 브라더스"라고 설명했습니다.[144][145] Wright 형제의 1903 Wright Flyer에서 나온 작은 날개 천 조각이 Ingenuity의 태양 전지판 아래 케이블에 붙어 있습니다.[146] 1969년 아폴로 11호의 닐 암스트롱은 달 모듈 이글에서 달과 유사한 라이트 플라이어 인공물을 운반했습니다.

NASA는 Ingenuity의 첫 번째 이착륙 비행장인 Wright Brothers Field라고 이름을 붙였는데, 이 비행장은 UN 기관 ICAO가 JZRO의 공항 코드를 JZRO로 부여했고,[147] 드론 자체는 IGY의 형식 지정자, 호출 부호 Ingenuity입니다.[148][149][147]

갤러리

비행 지도

기술 시연 및 과도기 단계의 비행 구역
라이트 브러더스 필드와 내려다볼 수 있는 위치
로버에서 현장을 볼 수 있습니다.
B비행장[b]
운용실증단계의 비행경로와 Ingenuity의 HiRise 이미지
Ingenuity's Flight 15편의 비행 프로필
17편 화성 헬리콥터와 로버 사이의 지형
2021년 태양광접합 이전 포지셔닝
R은210 솔 210의 로버 위치입니다;
H163
1, H174
2, H는193
3 각각 H밭에서 Ingenuity의 제1, 제2, 제3 착륙장을 의미합니다.
2022년 2월 26일 M 비행장 화성 정찰 궤도선에서 하이라이즈 카메라에 포착된 독창성

Ingenuity의 이미지

첫 번째 이미지[c]
첫 번째 컬러 이미지 (2021년 04월 04일)[d]
기내 이미지(2021년 4월 19일, 고도 1.2m(3피트 11인치))
첫 비행 후 착륙(2021년 4월 19일)
첫 번째 컬러 항공 사진(2021년 4월 22일, 고도 5.2m(17피트), 비행 2편)
3-9편
3번 비행, 로버가 5.0m(16.4ft) 높이에서 왼쪽 위로 보입니다.
B비행장 방면 (2021년 4월 30일 4편)
6편, 10m(33ft)에서 Séytah 방향으로 보기
Séytah 상공을 비행하는 9편 (2021년 7월 5일)
5.0m(16.4ft) 높이에서 약 85m(279ft) 떨어진 곳에서 본 퍼시비어런스 로버(왼쪽)(2021년 4월 25일)
10-13편
능선을 넘는 10편
세에타 상공 12편
Flight 13 로버 뷰
연결 후: 사전 비행 테스트 및 14-16편 비행
2021년 11월 21일 16편)
Perseverance에서 본 비행 후 16
진입 하강식 착지 부스러기
2022년 4월 19일 26일 비행에서 본 배달 우주선 백쉘과 낙하산.[150]
화구 능선
27편 - 포춘 리지
(2022년 4월 23일)

동영상

5. 2021년 5월 7일 B비행장 착륙
9편, 비행 이미지의 애니메이션.
11편 인내심 발견
1110편 슬라이드
2021년 9월 4일 13편
2023년 9월 16일 59편

참고 항목

메모들

  1. ^ 1, 2, 14편은 수평 변위가 거의 없기 때문에 보이지 않습니다.
  2. ^ Ingenuity의 4번째 비행로가 5번 비행기로 B비행장으로 이동할 수 있는 길을 열어주는 HiRISE의 모습
  3. ^ Ingenuity가 촬영한 모든 이미지는 흑백의 아래쪽을 향하는 내비게이션 카메라[74] 또는 수평을 향하는 컬러 카메라에서 촬영한 것이며,[75] 착지 다리는 이미지의 측면 가장자리에서 볼 수 있습니다.
  4. ^ Perseverance Rover 휠은 상단 모서리에 선명하게 표시됩니다.

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