Русская Википедия:Ingenuity

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Шаблон:Внеземной летательный аппарат Ingenuity (Шаблон:Lang-ru2Шаблон:Sfn; Шаблон:Tr) — беспилотный роботизированный вертолёт НАСА, осуществивший Шаблон:Date первый в истории полёт на Марсе на собственном двигателе, предназначенном для многократных полётов в атмосфере другого небесного телаШаблон:EfnШаблон:SfnШаблон:Sfn. Доставлен на Марс Шаблон:Date экспедицией «Марс-2020» вместе с марсоходом Perseverance; окончательно выгружен на поверхность планеты Шаблон:DateШаблон:Sfn. Имя Ingenuity получил в апреле 2020 годаШаблон:Sfn. На этапе разработки назывался Mars HelicopterШаблон:Sfn, Mars Helicopter Scout, а его инженерные модели для испытаний на Земле — Earth Copter; неофициально — TerryШаблон:Sfn и WendyШаблон:Sfn.

Ключевая рольШаблон:Sfn в создании механической основы аппарата (двигатели, винты, фюзеляж, шасси) принадлежит компании AeroVironment, которая сконструировала и построила его в 2013—2018 годах по заказу НАСА. Со своей стороны, Лаборатория реактивного движения (JPL) разработала авионику, написала программы и подобрала сенсоры для закупки в розничной сети COTSШаблон:ПереходШаблон:SfnШаблон:Sfn. Принят в состав экспедиции «Марс-2020» Шаблон:DateШаблон:Sfn в статусе «аппарат класса D для демонстрации технологийШаблон:Переход с целью подтверждения концепции»Шаблон:EfnШаблон:SfnШаблон:Sfn.

На дату запуска НАСА вложило в проект 85 млн долларов СШАШаблон:SfnШаблон:Efn. Для продолжения полётов по завершении «демонстрации технологий» обоснование ассигнований было обновлено, и следующий этап эксплуатации назвали «демонстрация оперативных возможностей»Шаблон:ПереходШаблон:Efn использования вертолётов как вспомогательных средствШаблон:Sfn, в частности, для доразведки трасс, уже намеченных для марсохода. C Шаблон:Date финансирование Ingenuity регулярно возобновляется на ежемесячной основеШаблон:SfnШаблон:Efn; в последний раз его продлили в марте 2022 года ещё по меньшей мере на 6 месяцевШаблон:Sfn.

Описание конструкции аппарата

Шаблон:Ingenuity dimensions Несущим элементом конструкции аппарата является мачтаШаблон:Sfn, на которой укреплены панель солнечных батарей размером 425×165 мм, колонка соосных винтов (диаметр лопастей 1210 мм) и крестообразная платформа, снизу которой подвешен фюзеляж в форме параллелепипеда размером 195×163×136 мм. К верхним углам каркаса подведены раскосые стойки шассиШаблон:Sfn.

Шаблон:Кратное изображение На середину нижнего ребра передней грани фюзеляжа выведена обзорная камера RTEШаблон:Переход. В обтянутом термозащитной плёнкой «тёплом отсеке» фюзеляжа HWEBШаблон:Переход размещена авионика. Стойки шасси сопряжены с каркасом через амортизаторы. При наклоне ~45° опоры стойки охватывают квадрат примерно 60×60 смШаблон:Sfn и обеспечивают под днищем фюзеляжа просвет около 13 смШаблон:Sfn.

Средства инерционной навигации в полёте не обеспечивают достаточную точность измерений, и пройденный маршрут реконструируют на Земле по полётным фотографиямШаблон:Sfn. Местоположение тени вертолёта в кадре, её размеры и форма позволяют приблизительно определить ориентацию аппарата в пространстве в момент съёмки. Солнечная панель (её габариты примерно такие же, как у клавиатуры настольного компьютера) смонтирована вдоль продольной оси вертолёта и самых длинных граней его фюзеляжа. Если она видится на кадре, как самый широкий после лопастей элемент общего контура аппарата, это означает, что вертолёт развёрнут к объективу одним из бортов. Панель, «передняя» и «задняя» грани фюзеляжа примерно равны по ширине, и в проекции фюзеляж перекрываются. На снимках же тень панели сдвигается относительно тени фюзеляжа в зависимости от угла освещения и общего наклона корпуса вертолёта к плоскости грунта. «Передняя» и «задняя» стороны фюзеляжа различаются по «башмачкам» стоек: у задней и правой передней они одинаковы и имеют форму копытец, а левый передний имеет кольцеобразное завершение, верхняя часть которого попадает на левый край фотографий камеры RTE. Антенна на панели солнечной батареи смещена по продольной оси вертолёта от центра мачты к «хвосту», то есть в сторону, противоположную «колечку» на левой передней стойке шассиШаблон:Sfn.

Вертолёт соосной схемы аэродинамически симметричен и может с равным успехом двигаться любой стороной фюзеляжа вперёд. Первая проба движения «боком вперёд» с одновременной съёмкой на цветную камеру была сделана в 6-мШаблон:Переход рейсе; в 11-мШаблон:Переход вертолёт развернулся на 180° и весь путь прошёл «задним ходом»Шаблон:Sfn, а в режиме облёта по многозвенной трассе Ingenuity доставил фотоматериалы из 10-гоШаблон:Переход и 26-гоШаблон:Переход рейсовШаблон:Sfn.

Особенности полётов на Марсе

Основные природные факторы

Параметр	Единицы измерения	Земля (N2 + O2)	Марс (N2 + CO2)
Плотность атмосферы, ρ	кг/м³	1,225	0,017
Средняя температура, T	℃	+15	-50
Динамическая вязкость, μ	Ns/м²	0,0000175	0,0000113
Скорость звука, α	м/с	340,3	233,1

Все небесные тела, окружённые газовой оболочкой, имеют единую физическую предпосылку воздухоплавания — закон Бернулли о подъёмной силе, препятствующей свободному падению движущегося летательного аппарата. Возможность её реализации на каждом небесном теле зависит от характеристик его воздушной среды и силы тяжести, которую предстоит преодолеть. Для Земли и Марса эти параметры таковыШаблон:Sfn:

Шаблон:Кратное изображение Различны и критерии подобия, используемые в таких противопоставлениях: число Маха (M) и число Рейнольдса. Существенно влияют на подъёмную силу давление, плотность и вязкость атмосферы. Давление растёт на протяжении ночи. Достигнув предутреннего максимума, с восходом Солнца и нагревом воздуха оно начинает падать до наступления сумерек. Амплитуда его суточных колебаний в начале 300-х солов составляла 700÷780 ПаШаблон:Sfn. Для взлёта Ingenuity необходимо 20-30 % превышения тягового усилия над взлётным весом. В первые месяцы плотность воздуха 0,0145 кг/м³ обеспечивала 30 %. При падении плотности до 0,012 кг/м³ прирост тяги снижается до 8 % и аппарат попадает в аэродинамический застой, когда наращивание оборотов уже не приводит к взлёту. С сентября 2021 по апрель 2022 годаШаблон:Sfn сезонное снижение плотности воздуха преодолевалось форсированием оборотов с 2537 до 2800 об./минШаблон:Sfn

На Марсе пылевые бури регулярно охватывают значительные области, а иногда (например, в 2001, 2007 и 2018 году) и всю планету. За марсианский год может подняться несколько региональных бурь, чаще всего осенью или зимой. На протяжении 2022-го земного года их было три, причём первая из них поднялась ещё до окончания лета. Осень на Марсе наступила Шаблон:Date, а уже в первые дни января пыль окутала Сырт — область, которой принадлежит Езеро. Атмосферное давление упало на 7 % (запылённый воздух прогревается быстрее), а энергоотдача солнечной панели — на 18 %. В результате 19-й рейсШаблон:Переход был отложен «по неблагоприятным метеоусловиям» (Шаблон:Lang-en): привычная на Земле формулировка была впервые вписана в журнал инопланетных полётовШаблон:SfnШаблон:Sfn.

По мере похолодания расход энергии на обогрев рос, а её поступление от солнечных батарей падало из-за снижения инсоляции и особенно при пылевых бурях. На пике зимних холодов заложенный на первые полёты 30 % резерв энергии исчерпался. По совокупности этих факторов время старта менялось от сезона к сезону. При планировании экспедиции стартовать предполагали в 11 часов местного времени при плотности 0,016÷0,0175 кг/м³Шаблон:Sfn. По прибытии на Марс время стартов было сдвинуто на 1÷1,5 часа вперёд, и вплоть до февраля 2022 года Ingenuity обычно взлетал после полудня. С марта 2022 года в порядке дальнейшей оптимизации графика подзарядки старты перенесли на 10 часов утраШаблон:Sfn, а в августе на 16 часовШаблон:Sfn.

Управление аппаратом и навигация на Марсе

Шаблон:Кратное изображение Пока проблема высадки человека на другие планеты не решена, работа с доставленными туда аппаратами возможна только в режиме программируемого дистанционного управления. Выслав планетоходу (планетолёту) программу его движения, Земля получает отчётную телеметрию с задержкойШаблон:Sfn, продолжительность которой зависит от удалённости планеты. Значительный эксцентриситет орбиты Марса (ε=0,094 по сравнению с ε=0,017 у ЗемлиШаблон:Sfn) отражается в сильном разбросе показателей времени прохождения сигнала, которое при максимальном удалении планет (2,63 а. е. или более 400 млн км) может достигать 22 минутШаблон:Sfn.

Файл:Conjunction ESA382897.jpg

Помехи от Солнца при верхнем соединении с Марсом

Когда Солнце оказывается между планетами (в конфигурации так называемого «верхнего соединения»), солнечная корона создаёт непреодолимые помехи радиообменуШаблон:SfnШаблон:Sfn. На эти периоды НАСА устанавливает мораторий на передачу любых команд своим аппаратам на Марсе и на орбитах вокруг него. В соединение 2013 года мораторий продолжался с 4 апреля по 1 мая для марсоходов и с 9 по 26 апреля для спутников MRO и «Марс Одиссей»Шаблон:Sfn. Для Curiosity, этого «старшего брата» Perseverance, мораторий начался на 240-й сол его экспедицииШаблон:Sfn.

Соединение 2021 года произошло 8 октября в 03:35 UTC (06:35 московского времени). На этот раз НАСА сократило мораторий до 12 дней, между 2 и 14 октября, когда азимут Марса по Солнцу был менее 2°Шаблон:Sfn, а для экспедиции Марс-2020 назначило интервал между 28 сентября и 17 октября (217—235 солы)Шаблон:Sfn. Работа аппаратов экспедиции Марс-2020 в автономном режиме прошла без сбоев. Раз в неделю Perseverance принимал от Ingenuity телеметрию, а по завершении моратория её ретранслировали на Землю. Марсоход возобновил движение на 237-й сол, а вертолёт, проведя в 236—240 солы прокрутки винтов в форсированном режиме, осуществил в 241-й сол пробный 14-й полёт-подскокШаблон:Sfn.

Воздушная навигация необходима на других планетах в полном наборе инструментов определения навигационных элементов (высота, скорость курс и т. п.) и приёмов коррекции маршрута. Однако «земные» способы определения местоположения воздушного судна в пространстве для Марса не подходят: слабость и неустойчивость магнитного поля не позволяет использовать компас, а обычные гироскопические приборы и средства ориентации по СолнцуШаблон:Efn превышают грузоподъёмность марсолёта. Метеосводки JPL получает от бортовой метеостанции Perseverance MEDA. Большинство рейсов Ingenuity проходили при ветрах 4-6 м/с; по косвенным данным об осцилляциях в полёте сила ветра возрастает с высотойШаблон:Sfn.

Файл:Feature Detection and Tracking by Mars Helicopter.png

Навигация средствами визуальной одометрии

Полётная программа вертолёта опирается исключительно на показания датчиков инерциальной навигацииШаблон:Sfn и визуальной одометрииШаблон:Sfn. Перед взлётом оба акселерометра BoschШаблон:Переход проходят калибровку: трёхосевой инклинометр MurataШаблон:Переход сообщает текущий наклон днища фюзеляжа к идеальной поверхности, чтобы выстроить истинную вертикаль для всего полёта. В полёте крен и тангаж выводятся пересчётом данных по ускорениям от акселерометров; — «это разновидность счисления места при навигации, когда расстояние измеряется пройденными шагами»Шаблон:Sfn. Низкая точность устройств инерциальной навигации на микроэлектромеханических схемах (MEMS) требует производить пересчёт для сброса накапливающихся ошибокШаблон:SfnШаблон:Efn.

Нюанс привязки к вертикали для такой корректировки состоит в том, что лидарШаблон:Переход может создавать независимую систему координат только на Земле, где Lidar Lite v3 монтируется на рамку дистанционного включаемого гироскопаШаблон:Sfn, в то время как на Марсе он был жёстко вмонтирован в фюзеляж, как и инклинометры. Кроме того лидар неприменим над рельефом с обилием деталей, отражающих сканирующий луч в произвольных направлениях (гряды, валуны и др.)Шаблон:Sfn. Автопилотирование предполагает, что бортовой компьютер преобразует замеры инерциальных датчиков в команды на изменение параметров лопастей, в том числе для физического удержания высоты. Демонстрационные полёты исходили из постулата «плоской ровной поверхности без наклона»Шаблон:Sfn, и таких алгоритмов для полётного ПО написано не было. Перепрошивка накануне 9-го рейсаШаблон:Переход имела характер заплаткиШаблон:Sfn, и только к ноябрю 2022 года вертолёт получил полётную программу, позволяющую принимать корректировки по мере исполненияШаблон:Sfn. В этой же версии ПО было реализовано взаимодействие с цифровой моделью рельефа местности DTM (Digital Terrain Model, которую Геологическая служба США (USGS) разработала к экспедиции Марс-2020Шаблон:Sfn.

Топографическая съёмка Марса орбитальным лазерным альтиметром MOLA с борта Mars Global Surveyor началась в 1997 году. С 2006 года камера HiRISE с угловым разрешением 1 мРад может доставлять с орбиты Mars Reconnaissance Orbiter стереопары, по которым можно рассчитать топографию рельефа с точностью до 25 см. Кадры навигационной камеры вертолёта (NAV) не могут уточнять DTM; наоборот: их координатная привязка производится post factum, по завершении каждого полётаШаблон:Sfn. При планировании последующих маршрутов «невозможно доверять совмещённым снимкам, так как неизвестно, какое расстояние вертолёт пролетел между ними»Шаблон:Sfn. Если каждый кадр от Perseverance заносится в базу фотоснимков НАСА со всем набором данных позиционирования камеры и угла её наклона к истинной вертикали, то в снимках NAV даже азимут съёмки не заполнен. Траекторию каждого полёта реконструируют на Земле по кадрам орбитальной съёмки HiRISE и, при наличии таковых, по снимкам марсохода. Для каждого кадра NAV восстанавливается абсолютное местоположение аппарата и азимут его курсаШаблон:SfnШаблон:Efn.

Технические решения

На пути к марсианскому вертолёту

Обычные винты имеют предел наращивания радиуса и скорости вращения: кончики лопастей не должны двигаться быстрее скорости звука, иначе рост вибраций и резонанс разрушат аппарат. Специальные конструкторские решения, позволившие в 1955 году раскрутить винты самолётов Republic XF-84H до М = 1,18Шаблон:Sfn, не подходят для Марса из-за большого веса. Конструкция Ingenuity позволила в сентябре 2021 года выйти на 0,8 МШаблон:Sfn при 2800 об./минШаблон:Sfn.

Файл:PIA22460-Mars2020Mission-Helicopter-20180525 (cropped).jpg

Ранний прототип

Геометрические параметры лопастей для вертикального подъёма в разрежённой атмосфере были рассчитаны ещё в 1997 году. C 1999 года AeroVironment построила несколько прототипов БПЛА на солнечных батареях. Из них NASA Helios HP01 совершил Шаблон:Date 40-минутный полёт при вязкости и давлении атмосферы, приближавшихся на высоте более 29,5 км к марсианскимШаблон:Sfn.

Различные варианты аэропланов для Марса НАСА изучала ещё в 1970-е годы. В конце 1990-х годов Исследовательский центр Эймса дал технические решения лопастей для полётов в приповерхностном слое атмосферы Марса. Ларри Янг занимался этой проблемой в центре Эймса с 1997 года. По его проекту компания Micro Craft Inc. построила двигатель из сверхлёгких материалов с диаметром лопастей 2,4 метра, испытанный на скорости 7200 об/мин.Шаблон:Sfn В 2000—2002 годах Янг с соавторами опубликовал серию трудов по этим вопросамШаблон:Sfn, а в 2002 Янг предложил беспилотные вертолёты в программу «Марсианский разведчик» (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn. Деньги на продолжение разработок не были выделены, и идеи легли на полку ещё на 10 летШаблон:Sfn.

Шаблон:Кратное изображение Предыстория Ingenuity восходит к 2012 году. Высшее руководство Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в сопровождении Ми-Ми Аунг, на тот момент возглавлявшей один из отделов лаборатории, обозревало выставку дронов, демонстрировавших навигационные алгоритмы. «Не попытаться ли нам сделать это на Марсе?» — спросил глава JPL Шаблон:Iw у своего финансового директора. Аунг тут же назвала имя Боба Баларама, разрабатывавшего это направление, Элахи предложил ему представить доклад, и через 10 дней небольшая сумма на дальнейшее изучение вопроса (study money) была выделенаШаблон:Sfn.

Шаблон:Кратное изображение Баларам обратился к AeroVironment — фирме, с которой НАСА ещё с конца 1990-х годов сотрудничала в контексте ранних проектов марсианских вертолётов. Новое предложение, с которым пришёл на AeroVironment главный инженер JPLШаблон:Sfn, позволило вернуться к прежним наработкамШаблон:Sfn. От центра Эймса в отладке аэродинамики первого марсианского вертолёта участвовал Ларри Янг и ещё ряд работниковШаблон:Sfn. На первых испытаниях в башне-барокамере JPL высотой 25 м и диаметром 7,5 м уменьшенный макет с винтом диаметром 35 сантиметров показал малоуправляемость. Тем не менее, краткий отчёт об этих испытанияхШаблон:Sfn был одобрен экспертами НАСА. С января 2015 года проект вертолёта вошёл в тематический план JPL, получив бюджетное финансирование и штаты — группа Баларама отсчитывает свою историю с этой датыШаблон:Sfn.

В мае 2016 года полноразмерный прототип, названный Terry, совершил в атмосфере, приближенной к марсианской, первый полёт, отвечающий определению управляемого (Шаблон:Lang-en), при скорости винтов 2600 об./мин.Шаблон:Sfn, а окончательное решение было найдено к зиме 2018 годаШаблон:SfnШаблон:Sfn. Прототипы будущего Ingenuity отлетали в барокамерах JPL десятки часов. Ради уменьшения износа изделия, отправляемого на Марс, его земной налёт часов был сведён до необходимого минимума и составил менее 30 минутШаблон:Sfn.

По сведениям Престона Лернера, в пересчёте на полные ставки численность группы «вертолётчиков» никогда не превышала 65 работников, хотя Аунг говорит, что с учётом сотрудников AeroVironment и центров НАСА имени Лэнгли (Langley Research Center) и ЭймсаШаблон:Sfn в создание вертолёта было вовлечено около 150 человекШаблон:Sfn. Из общего списка сотрудников JPL, задействованных в проекте Марс-2020, в написании информационных бюллетеней JPL активно участвуют: Ми-Ми Аунг ([mḭ mḭ àʊɰ̃], Шаблон:Lang-en, Шаблон:Lang-my) — руководитель проектаШаблон:SfnШаблон:Sfn, «the Mars Helicopter Scout proposal lead»Шаблон:Sfn, Боб Баларам — главный инженерШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn, Теодор Цанетос (Theodore TzanetosШаблон:Sfn) — руководитель операцийШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn, Яакко Каррас — заместитель руководителя управления операцийШаблон:Sfn, Бен Моррелл — инженер управления операцийШаблон:Sfn, Говард Фьёр Грип (Шаблон:Lang-no) — главный пилотШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn, Джошуа Андерсон — руководитель отдела тактикиШаблон:Sfn, Джош Равич — руководитель отдела механизмов и оборудования (Mechanical Engineering)Шаблон:SfnШаблон:Sfn, Насер Шахат — старший инженер по радиосвязи (разработчик антенн, установленных на вертолёте и марсоходе)Шаблон:Sfn.

Первый прототип показал неуправляемость стандартными приёмами, используемыми земными дронамиШаблон:Sfn. Программистам JPL пришлось поставить управление винтом в режим реального времениШаблон:Sfn и с частотой 500 раз в секундуШаблон:Sfn подавать команды, корректирующие аэродинамический профиль. В январе 2019 года очередной прототип сначала испытали в «марсианской» атмосфере барокамеры, а затем перевезли в Денвер, где в лаборатории Lockheed Martin проверили систему выгрузки вертолёта на грунт, а также провели вибротесты. Там же были проведены термовакуумные испытания с охлаждением до −129 °C. Шаблон:Date аппарат вернулся в JPL, пока ещё в версии с аэрогелемШаблон:Sfn. По ходу испытаний возникала необходимость в пересчёте энергетического и теплового баланса изделия. Благодаря дополнительному финансированию AeroVironment построила несколько вариантов полномасштабных прототиповШаблон:Sfn.

Шаблон:Date Космический фонд (Space Foundation) наградил коллектив Ingenuity премией Дж. Свигерта (John L. «Jack» Swigert, Jr.) за 2021 год за исследования космосаШаблон:Sfn.

Шаблон:Date Национальная авиационная ассоциация присудила коллективу Ingenuity Шаблон:Iw за 2021 годШаблон:Sfn. Приём в честь награждённых состоялся в Вашингтоне 9 июняШаблон:Sfn.

Электромеханические устройства

Шаблон:Кратное изображение Все электромеханические компоненты Ingenuity как летательного аппарата (в том числе двигатели, соосный несущий винт и его лопасти, автоматы перекоса, сервоприводы), а также его фюзеляж и шасси были спроектированы и изготовлены на фирме AeroVironment (инженеры Пайпенберг, Киннон и др.) по заказу JPLШаблон:Sfn.

Каждый из двух одинаковых винтов приводится в движение бесщёточным 46-полюсным двигателем. Ручная намотка медной проволоки прямоугольного сеченияШаблон:Sfn с использованием микроскопа занимала 100 часов на каждый статорШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn. Это позволило достичь 62 % упаковки и вывести к.п.д. до 80 % на 105 Вт при 2390 об./мин.Шаблон:Sfn Несущий винт изготовлен из композитного алюминиево-бериллиевого сплава (сокр. AlBeMet).

Двигатель Ingenuity нагревается за 1 секунду на 1 °CШаблон:Sfn, но устройств для рассеивания тепла при этом не имеет. Пыльник (Шаблон:Lang-en), присутствующий в спецификации 2019 годаШаблон:Sfn, в окончательном варианте отсутствует. Чтобы не допустить перегрева примыкающих элементов конструкции, между мачтой и фюзеляжем организован усиленная теплоизоляция. «Резервуаром» для отвода тепла служит сплав AlBeMet, из которого изготовлены корпуса роторов, напоминающие размерами и формой хоккейную шайбуШаблон:Sfn. Неохлаждаемый двигатель — главная причина ограниченной продолжительности полётов. Сокращению потерь тепла в фюзеляже способствует минимальное сечение медных проводов (общим числом 81), соединяющих «тёплый отсек» с винтами и панелью солнечных батарейШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Блок бортовой электроники

Файл:Electronic Core Module of NASA’s Ingenuity helicopter.png

Печатные платы блока бортовой электроники вертолётаШаблон:Sfn

Блок бортовой электроники (ECM, Electronic Core Module) находится внутри «тёплого отсека» фюзеляжа (HWEB, Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn и представляет собой пять примерно одинаковых по размеру печатных плат, соединённых в куб с открытой верхней гранью. Платы изготовила фирма SparkFun ElectronicsШаблон:Sfn. Их назначение и шифрыШаблон:Sfn:

• плата интерфейса батарей BIB (Battery interface board) формирует нижнюю грань куба ECM. Помимо микросхем, на неё установлена связка 6 аккумуляторов с термостатом и нагревателем. Остальные четыре платы расположены по боковым граням:
• плата телекоммуникаций TCB (Telecom board) — модуль SiFlex2 от LS Research, а также 16-разрядный 8-потоковый аналого-цифровой преобразователь, чипы термодатчика, обогревателя и ряд других микросхем.
• плата навигации и сервоприводов NSB (NAV/Servo carrier board) — два четырёхъядерных 2,45 ГГц процессора Snapdragon 801 (один резервныйШаблон:Sfn), операционная система Linux. В роли графического процессора «Snapdragon» обрабатывает поток изображений от камер. На NSB также размещены микросхемы, управляющие шестью сервоприводами.
• плата управления полётом FCB (FPGA / Flight control board) — два двухъядерных (ARM Cortex-R5F) процессора Hercules от Texas Instruments.
• плата энергоснабжения вертолёта HPB (Helicopter power board) — два преобразователя DC/DC, регулирующие напряжение батарей между 3,3 В и 5 В.

По утверждению «Spectrum», Ingenuity значительно превосходит Perseverance по своей суммарной вычислительной мощности Шаблон:Sfn. При подсчёте процессоров следует иметь в виду, что на Ingenuity, как и на марсоходах НАСА, имеется «резервный компьютер», подключаемый при выходе электроники из строяШаблон:Sfn. Программная платформа F Prime (аббр. F´), использующая открытый исходный код, была разработана в JPL и используется на микроспутниках формата кубсатШаблон:Sfn. Программные недоработки могут свести на нет любое формальное превосходство по суммам показателей вычислительной техники. «Потеря маркера файла» в рейсе № 6 повлекла за собой аномалии в полётном компьютере, после чего в 7 и 8 рейсах подсистему получения и обработки цветных изображений отключили, как предположительно вызвавшую сбойШаблон:Sfn.

Шаблон:Кратное изображение Как и первый в мире искусственный спутник Земли, первый в мире внеземной летательный аппарат создавался, как образец, демонстрирующий саму возможность полёта, но не как прототип последующей серии. Технические решения в таких образцах проверяются на практике при простейшей комплектации вспомогательных элементов и узлов, с соблюдением жёстких ограничений по весу и габаритам изделия. Как и на первом советском спутнике, приборы для выполнения научных задач на борту Ingenuity не предусматривались. В отличие от первых ИСЗ, вертолёт для Марса создавался в эпоху высокоразвитой электронной индустрии и робототехники, с широким рынком продукции как военного, так и гражданского назначения. Нормативный акт 48 CFR законодательства о регулировании федеральных закупок позволяет НАСА приобретать продукцию, помимо специальных «оборонных» заказов, также и в розничной сети (COTS, Шаблон:Lang-en — коммерчески доступные в розничной сети)Шаблон:Efn). Закупки в сегменте COTS иногда оправдывают тем, что многолетний массовый выпуск серийных моделей для гражданского рынка даёт известные гарантии надёжности и качестваШаблон:Sfn. На условиях COTS закуплены все датчики, устройства питания и радиосвязи вертолётаШаблон:Sfn.

Приборное оборудование вертолёта размещено в двух блоках датчиковШаблон:Efn, верхним и нижним.

Файл:Ingenuity interior components.png

Размещение инклинометра, альтиметра (лидара) и инерциальных датчиков

Верхний блок датчиков (Шаблон:Lang-en) находится вблизи центра масс аппарата, где на мачте между колонкой винтов и блоком ECM размещены: миниатюрный (2,5×3×0,8 мм) инерциальный датчик Bosch Sensortech BMI160Шаблон:Sfn, применяемый в смартфонах и игровых контроллерахШаблон:Sfn и используемый в функциях акселерометра и гироскопа, а также инклинометр SCA100T-D02 японской фирмы Murata весом 1,1 г, размерами 15,6×11,3×5,1 мм и точностью измерений ±0,86°Шаблон:Sfn, используемый для замера наклона перед взлётомШаблон:Sfn. Все инерциальные датчики виброизолированы. В июне 2022 года из-за вынужденного отключения обогрева инклинометр вышел из строя, и его функции были переданы другим датчикам инерциальной навигацииШаблон:Sfn.

Нижний блок датчиков (Шаблон:Lang-en) находится под кубом ECM, прилегая к днищу фюзеляжа. Помимо второго инерциального датчика и обеих видеокамер здесь размещается альтиметр (LRF, laser rangefinder, лазерный дальномер) — 50 Гц лидар Lite v3 фирмы GarminШаблон:SfnШаблон:Sfn с габаритами 20×48×40 мм и массой 22 г, работоспособный в диапазоне от −20° до +60 °C на расстоянии (при высоте полёта) не более 40 метровШаблон:Sfn. На практике выше 12 метров вертолёт не взлетал. Взаимодействие полётной программы с лидаром пришлось корректировать в 9-м рейсеШаблон:Переход над СейтахомШаблон:Sfn, а при прокладке 24/25 рейсов пришлось отказаться от варианта «24B» с фотосъёмкой фрагментов «небесного крана»: непредсказуемые отклики на блестящие осколки могли вызвать сбой всей системы визуальной одометрииШаблон:Sfn.

Энергообеспечение и температурный режим

Источником энергии служат оптимизированные для солнечного спектра Марса фотоэлементы. Их суммарная площадь 544 см² позволяет набирать ~40 Вт⋅ч за один световой день (сол)Шаблон:Sfn. Площадь солнечной панели, на которой они смонтированы, составляет около 680 см² (425×165 мм). Рядом с антенной на верхнюю сторону панели выведен интерфейс связи с энергосистемой и электроникой марсохода (Base-Station Electronics). На протяжении 7-месячного космического полёта с периодичностью 1 раз в 2 недели, а на Марсе 1 раз в неделю через него шла подзарядка аккумуляторов до уровня 35% ёмкостиШаблон:Sfn. Интерфейс был окончательно отсоединён перед выгрузкой вертолёта на марсианский грунтШаблон:Sfn.

Аккумуляторная батарея вертолёта состоит из 6 литий-ионных высокотоковых аккумуляторов Sony SE US18650 VTC4 (стандарт 65,2 мм в длину, диаметр 18,35 мм) общим весом 273 г. Ёмкость, по документации JPL, составляет 2 А·ч; максимальный ток разрядки более 25 АШаблон:Sfn; по паспорту производителя 30 А); номинальное напряжение 3,7 В, а для всей батареи 15÷25,2 В. Полная зарядка элемента при температуре +23° током 4,2 В / 2 А занимает 1,5÷2 часа. Подзарядка на солнечном свету идёт беспрерывно, а восстановление полного заряда может занимать, в зависимости от расхода, от одного до нескольких соловШаблон:Sfn. В начале 2022 года краткосрочная пылевая буря, несмотря на 18%-е снижение инсоляции, не сорвала дозарядкуШаблон:Sfn. Но уже в марте энергетических мощностей оказалось недостаточно, чтобы обогревать все устройства в штатном режиме марсианской зимойШаблон:Sfn.

Из-за переохлаждения в ночь на 427 сол (3 мая) таймер бортового компьютера Ingenuity был сброшен, и вертолёт не вышел на очередной сеанс связи с базовой станцией. Perseverance прервал плановую работу в дельте Неретвы и перешёл в режим круглосуточного мониторинга эфира для поиска «пропавшего» вертолёта. Когда 5 мая (сол 429) связь была возобновлена, в 11:45 телеметрия показала, что аккумуляторы работоспособны и заряжены на 41 %Шаблон:Sfn. В этот же день была перепрошита программа термоконтроля. В штатном варианте критические точки для различных элементов авионики варьировались от −25 °C до +5 °CШаблон:Sfn, теперь же порог включения обогрева снижался с −15 °C до −40 °CШаблон:Sfn. В сол, предшествующий полёту, начинается прогрев машиныШаблон:Sfn. Перед стартом аккумуляторы необходимо прогреть до +5 °C, иначе их энергоотдача неприемлемо снижаетсяШаблон:Sfn.

Ingenuity был первым космическим аппаратом, в расчёты температурного режима которого вошло теплоизлучение механического двигателя. Средствами ПО Veritrek по 18-факторной модели были определены режимы для 36 точек (Шаблон:Lang-en). Рассчитав, что аэрогель сберегает за сол 2 Вт⋅ч, инженеры предпочли пожертвовать этой энергией ради экономии 50 г массы на теплоизолятореШаблон:SfnШаблон:Sfn. Для внешней термоизоляции фюзеляжа использована 0,5 мм каптоновая плёнкаШаблон:Sfn, изготовленная фирмой Sheldahl из Миннесоты, давним поставщиком по заказам НАСАШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Оптические приборы

Шаблон:Ingenuity optics Шаблон:Врезка Оптические приборы Ingenuity также представляют собой стандартную продукцию широкого потребленияШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Навигационная камера (шифр NAV) использует оптический модуль производства Sunny с полем зрения 133°(h)×100°(v) и матрицу Omnivision OV7251 VGA 640×480. Снимки с минимального расстояния (Шаблон:D-l ~13 см) показывают неодинаковость искажений по краям линзы. Скорость съёмки синхронизируется с вращением винтов и составляет 1 кадр на 21 оборот; так что при рабочих 2537 об./мин (~42,3 об./с) эксплуатационная частота кадров составляет примерно 2 кадра в секундуШаблон:Sfn. В 14-м полёте при 2700 об./мин. частота съёмки кадров увеличилась до 7 кадров в секундуШаблон:Sfn.

Аббревиатура обзорной камеры (шифр RTE; Шаблон:Lang-en, буквально «вернуть на Землю») подразумевает, что её снимки в полёте не востребуются и подлежат передаче в ЦУП в составе послеполётной телеметрии. Оптический модуль O-film с полем зрения 47°×47° проецирует изображение на цветную 4208×3120 матрицу Sony IMX 214 с фильтром Байера. Оптическая ось NAV перпендикулярна плоскости днища фюзеляжа и направлена вниз (на надир), а у RTE она направлена под горизонт под углом 22° (примерно 1/16 окружности). Этим создаётся область пересечения размером около 30°×47°, которую можно использовать для взаимоувязки снимков обеих камер при послеполётной обработке. Оптика защищена от пыли прозрачными стёклами. Перед трансляцией на Землю изображения сжимают по алгоритму JPG. Шаблон:Sfn.

Камера RTE уступает камерам Perseverance уже по размеру матрицы: 20-мегапиксельные Navcam и HazCam располагают по 5120x3840 px при углах обзора 96°x73° и 136°x102° соответственно. Деградация заднего плана в отсутствие зума для укрупнённой съёмки удалённых объектов не позволяет назвать цветные кадры от Ingenuity в полной мере высококачественными. Несопоставимы и объёмы фоторазведки: Perseverance и панорамирует местность, и проводит укрупнённую съёмку выбранных объектов ежедневно, высылая на Землю несколько сотен кадров, тогда как Ingenuity доставляет из рейса не более 10 цветных фотографийШаблон:Sfn.

Телекоммуникации

Шаблон:Кратное изображение Шаблон:Кратное изображение Прямого выхода на спутники связи Ingenuity не имеет, используя марсоход как ретранслятор. Проектировщикам телекоммуникационного оборудования поставили жёсткие ограничения:

• мощность передатчика не более 0,75 Вт (28,8 дБм);
• общий вес оборудования включая кабели и антенну не более 14 г, в том числе 4 г на антенну и коннекторыШаблон:Sfn.

Дополнительные ограничения по штыревым антеннам:

• на вертолёте — высота не более 7,5 см; диаметр не более 1 мм «во избежание излишнего затенения фотоэлементов на панели солнечных батарей»;
• на марсоходе — высота не более 15 см; площадь места крепления не более 5,6×5,6 смШаблон:Sfn

На борту обоих аппаратов установлены одинаковые модули SiFlex2 производства LS Research, приобретённые в розничной сети по COTS. Обогреватели не допускают их охлаждения ниже −15 °C, тогда как необогреваемые провода и антенны могут остывать до −140 °C. Связь осуществляется на частоте 914 МГц по протоколу Zigbee (IEEE 802.15.4) на расстоянии до 1000 метров со скоростью 250 кбит/с в режиме одностороннего или 20 кбит/с в режиме двустороннего радиообмена. Передача требует 3 Вт, приём 0,15 ВтШаблон:Sfn.

Станции связи с вертолётом досталось «не идеальное» место установкиШаблон:Sfn: массивная навеска РИТЭГ перекрывает сигналы со стороны кормы аппарата. Этот недостаток проявился Шаблон:Date перед посадкой в 17-м рейсеШаблон:Переход, когда Perseverance на некоторое время потерял вертолёт из зоны прямой видимости. Помеху создал незначительный (менее 5 метров) холм Bras. Примерно через 15 минут связь на короткое время восстановилась: из нескольких пакетов телеметрии следовало, что авионика и аккумулятор вертолёта исправныШаблон:Sfn.

Проблемы ещё не были решены, и через два дня, 9 декабря, JPL вновь констатировала, что от вертолёта получены лишь «ограниченные данные». Хотя аппарат имел достаточный запас энергии и стоял вертикально, большинство пакетов данных (включая снятые в полёте кадры) передать не удалось. Шаблон:Date JPL дополнительно сообщила, что 11 декабря радиосвязь с вертолётом шла на низкой скорости передачи данных. Наконец, 16 декабря JPL подвела итог событию и заявила, что НАСА не намерена обсуждать проблемы кибербезопасностиШаблон:Sfn.

Ingenuity на Марсе

Принятое в мае 2018 года решение добавить сверх уже отобранного 4 года назад «научного груза» марсохода ещё и вертолётШаблон:Sfn повлекло за собой конструктивные изменения (устройство выгрузки, станция радиосвязи). Основания финансирования проекта и статус аппарата на борту («class D») предполагали демонстрацию технологий (Шаблон:Lang-en) ради доказательства концепции (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn. JPL заверяла, что последующих полётов не планируется, и по завершении 30-дневного окна испытаний марсоход уедет для исполнения своей главной миссииШаблон:Sfn. По условиям испытанийШаблон:Sfn:

• для обслуживания полётов в рабочем графике марсохода выделялось «окно» в 30 солов, между 60-м и 90-м;
• в пределах испытательного окна требовалось выполнить от 1 до 5 полётовШаблон:Sfn;
• высота полётов ограничивалась 3-5 метрами, дальность — 50 метрами, а продолжительность — 90 секундами.

Опубликованные в январе 2018 годаШаблон:Sfn, эти цифры были не паспортными пределами, а лишь осторожной оценкой потенциала вертолёта. В феврале-марте 2018 года цифры «от 90 секунд до 2 минут» полёта при протяжённости до 300 метров вошли и в другие источникиШаблон:SfnШаблон:Sfn. По словам главного инженера проекта Баларама, ограничение продолжительности полёта 2 минутами и его дальности накладывает не запас энергии, а нагрев двигателя со скоростью 1 °C в секундуШаблон:Sfn. В трёх рейсах июля-августа 2021 года полётное время было доведено до 165—169,5 секундШаблон:Sfn.

Выгрузка и предполётная подготовка

Файл:Twitcher’s Point (now van Zyl Overlook) besides the flight zone of Ingenuity helicopter.png

Прежде, чем получить имя Ван Зейла, точка наблюдения за полётами называлась «Скрадок птицелова» (Twitcher’s Point)

Требования к площадке для лётных испытаний сформулировали сами конструкторы: размер 10×10 метров, уклон не более 5°, отсутствие камней более 4 смШаблон:Sfn. Найдя подходящий гелидром и выгрузив вертолёт, марсоход должен был занять точку наблюдения примерно в 90 метрах поодаль (фактически расстояние составило 64,3 м)Шаблон:Sfn. На карте кратера Езеро появился новый астротопоним: точку эту на планах развёртывания обозначили «Шаблон:Lang-en», буквально «скрадок» (место скрытого наблюдения) орнитолога, путешествующего на огромные расстояния ради наблюдений за редкими птицамиШаблон:Sfn

17 марта JPL назначила первый полёт «не ранее первой недели апреля» и созвала на 23 марта брифингШаблон:Sfn.

Крепление вертолёта к днищу марсохода и приспособления для его выгрузки на Марсе спроектировали и изготовили в Lockheed Martin SpaceШаблон:SfnШаблон:Sfn. На развёртывание аппарата отводилось 6 соловШаблон:Sfn. Операция началась 21 марта сбросом кожуха, прикрывавшего вертолёт в пути. Путь к месту его выгрузки занял 7 солов. 28 марта начали поэтапно приводить вертолёт из походного положения в рабочее. 29 марта были распрямлены стойки по его левому борту, 30 — по правому; от грунта их отделяло 13 сантиметров. 3 апреля по завершении последней подзарядки аккумуляторов питающий кабель был отсоединён от марсохода. По команде на сброс груза Ingenuity в свободном падении достиг поверхности Марса, после чего Perseverance переместился на ближнюю точку наблюдения. Наутро после восхода Солнца было получено подтверждение, что вертолёт способен самостоятельно поддерживать заряд аккумуляторов и свой температурный режимШаблон:Sfn.

С переходом Ingenuity в автономный от марсохода режим операция по выгрузке завершилась и начался отсчёт времени нового этапа — лётных испытаний. Отведённые на них 30 соловШаблон:Sfn соответствовали интервалу между 19 апреля и Шаблон:Date в земном времяисчислении. 6 апреля JPL объявила, что полёт состоится «не ранее, чем в воскресенье, 11 апреля» и пригласила на веб-трансляцию репортажа в прямом эфиреШаблон:Sfn.

Фотография от 5 апреля показала, что за время транспортировки середину правого ряда элементов солнечных батарей частично присыпало пескомШаблон:Sfn. 7 апреля лопасти были расфиксированыШаблон:Sfn. 8 апреля прошла пробная поочерёдная их прокрутка на пониженных оборотах. В конце её рискнули дать полные обороты на несколько мгновений, так, чтобы не создать подъёмную силу для взлётаШаблон:Sfn. 9 апреля назначили первый старт на воскресенье, 11 апреляШаблон:Sfn, но уже на следующий день его отсрочили до «не ранее 14 апреля». Как выяснилось, 9 апреля (49-й сол)Шаблон:Sfn при тестовом переходе из предполётного режима в полётный сработала защитная процедура вывода из цикла исполнения всей программыШаблон:Sfn. Похожая ситуация в истории космонавтики уже была: 10-11 июня 1957 года при попытках запуска первого искусственного спутника Земли «автоматика управления запуском в последние секунды „сбрасывала схему“», и ракета со старта так и не ушла.

12 апреля в JPL решили добавить «заплатку» в программу полётного контроля, назвав это «здравым путём к решению проблемы»Шаблон:Sfn. Чтобы гарантировать переход к этапу, следующему за раскруткой винтов, к 16 апреля в программу дописали две процедуры для обхода «неудобного» запроса. Новую сборку полётной программы перекачали на МарсШаблон:Sfn, но решение по её инсталляции отложили до утра субботы, 17 апреля. Сославшись на то, что это была бы уже не та сборка, которая на Земле успешно взаимодействовала с программами по проверке, а комплексное тестирование новой сборки отсрочило бы запускШаблон:Sfn, завершающую перепрошивку на вертолёте отложили в ожидании исхода первого старта, переназначенного на 19 апреляШаблон:Sfn.

Учёт полётов и регистрация мест посадок

Файл:PIA24440-Nominal Pilot’s Logbook (cropped).png

Журнал полётов

Для регистрации полётов в JPL ведётся полётный журнал. Командир аппарата Говард Фьёр Грипп заполняет его от руки, вписывая дату, время и место начала и завершения, погодные условия и прочие сведения для каждого полёта. В конце 2021 года JPL открыла в своём подразделе сайта НАСА страничку «Flight Log» — выписку из полётного журнала, которая с запозданием на несколько дней пополняется основными цифровыми данными о рейсах: протяжённость, продолжительность, скорость и время в пути. Данные о погоде из бортового журнала JPL в эту выписку не переносятсяШаблон:Sfn.

Отдельно от «Flight Log» JPL поддерживает сервис «Where is the rover» («Где сейчас ровер»)Шаблон:Sfn, где пользователи могут видеть на подоснове HiRISE-карты Езеро текущее местоположение марсохода и вертолёта и трассы их движения, привязанные к координатной сетке DTM (цифровой модели рельефа Марса)Шаблон:Sfn с точностью до 10⁻³ метра и 10⁻⁵ градуса. Соответствующая таблица открыта для загрузки в формате JSON любым пользователем. Метровая сетка координат обеспечивает наиболее точный пересчёт расстояний по таблице JSON, однако обратные поправки на страничку бортового журнала «Flight Log» не вносятся.

Файл:PIA24794-MarsIngenuityHelicopter-Logbook-Flt9&10-20210816.jpg

Записи в журнале о 9-м и 10-м рейсах

Место посадки спускаемого аппарата экспедиции в кратере Езеро была названа Octavia E. Butler Landing Site (OEB). В пределах OEB была найдена точка выгрузки вертолётаШаблон:Переход, с которой он совершил первый полёт. Этот гелидром с прилегающей зоной демонстрационных полётов был назван «полем братьев Райт» (Wright Brothers Field, WBF) Шаблон:Sfn. Точка, в которую Ingenuity перелетел с WBF в 5-м рейсе Шаблон:Date (сол 76), была записана в журнал полётов, как «поле B». При использовании последующих букв латинского алфавита от литеры «I» отказались изначально; литеру «O» по окончании 22-го рейса вначале присвоили, а затем исключили, переквалифицировав полёт в подскок на том же гелидроме. Дольше всего (3 месяца, с Шаблон:Date по Шаблон:Date, или 93 сола) вертолёт задержался на поле «H», которое по суммарной протяжённости (1069 м) и продолжительности (481,8 с) стартовавших с него рейсов опередило «Поле братьев Райт», а по количеству отправлений (4 старта) вышло на второе местоШаблон:Sfn.

Шаблонный оборот уведомлений JPL о предстоящем старте — «не ранее такой-то даты в будущем», а Шаблон:Date JPL оповестила, что 18-й рейс состоится «не ранее сегодняшнего дня»Шаблон:Sfn. С середины 2021 года предуведомления о стартах становились всё более скупыми: анонсировались либо «рекордные» задания, либо схемы (но не даты) полётов. В мае 2022 года из-за хронической недозарядки аккумуляторов назначать даты новых вылетов заранее стало проблематично. О 29-м рейсе стало известно лишь через два дня по косвенному признаку появления новых фотографий; 30-й рейс был отложен до начала августаШаблон:Sfn, но состоялся только 20-гоШаблон:Sfn.

Этап демонстрации технологий: полёты 1-5

Шаблон:Врезка Согласно программе испытаний, представленной Шаблон:Date, первые три из пяти демонстрационных полётов рассматривались как определяющие (first three baseline flights), и задания на них были сформулированы наиболее подробноШаблон:Sfn.

Первый полёт

Простейшие «упражнения» — взлёт, непродолжительное зависание, посадка — вертолёт многократно исполнял в большой вертикальной барокамере JPL. Их повторение на Марсе преследовало цель проверить поведение аппарата в условиях реальной атмосферы, силы тяжести и грунта. Сбои, препятствовашшие двум предыдущим попыткам, были устранены, и в Шаблон:Date в 12:33 местного солнечного времени Ingenuity взлетел. Телеметрия, представленная зрителям прямой трансляции из JPL, свидетельствовала, что аппарат со скоростью около 1 м/с взлетел на 3 метра, и, провисев предусмотренные 30 секундШаблон:Sfn, приземлился через 39,1 секундыШаблон:Sfn после взлётаШаблон:Sfn. На следующий день комментаторы отметили разворот фюзеляжа на 96°, который вертолёт произвёл в висении: этот запланированныйШаблон:Sfn манёвр позволил проверить работу программы обработки кадров навигационной камеры. После обработки телеметрии было установлено, что посадка проиошла не точно след-в-след, а с отклонением на 5 сантиметров от точки взлёта.

Рейс № 2 (сол 61, 22.04.2021) ● 4,3 м ● 51,9 с ● 0,5 м/с ● высота 5 м

В задачи второго сола программа испытаний ставила переход между режимами горизонтального полёта и висенияШаблон:Sfn и проверку работы инерциальной навигации. На Земле вертолёт мог смещаться от вертикали в барокамере не более, чем «на две длины карандаша»Шаблон:Sfn. На Марсе смещение на первый раз задавалось небольшим — около 5 м, чтобы при этом в поле зрения появилась только одна новая опорная точкаШаблон:Sfn. Фактически во втором полёте вертолёт набрал высоту 5 м, после чего Шаблон:Кратное изображение

• исполнил три последовательных поворота примерно на 1/4 окружности каждый (в сумме на 276°),
• на скорости 0,5 м/с переместился на 2 метра вбок с возвратом назад (общий путь составил 4,3 метра),
• сделал первые три высотных фотоснимка на камеру RTE

и через 51,9 секунды приземлился в точке стартаШаблон:Sfn, совершив таким образом возвратный вылет (Шаблон:Lang-en).

Рейс № 3 (сол 64, 25.04.2021) 100 м ● 80,3 с ● 2 м/с ● высота 5 м

По программе третьего сола испытаний третий вылет также был возвратным, но существенно более протяжённым (50 м в одну сторону). Программа предусматривала временный выход в более высокий коридор в режиме висения. Если для предыдущего вылета допускался лишь слабый ветер, то на этот раз умеренныйШаблон:Sfn.

Все пункты полётного задания были исполненыШаблон:SfnШаблон:Sfn, а с ними и вся программа трёх базовых полётовШаблон:Sfn. Этот этап был единственным, на котором благодаря переключению марсохода исключительно на поддержку полётов был выдержан 3-суточный межрейсовый интервал. В приглашении на брифинг 30 апреляШаблон:Sfn было объявлено, что предстоящие 4-й и 5-й рейсы, формально относящиеся к «демонстрации технологий», будут переходными к новому этапу, названному «демонстрацией возможностей операций»Шаблон:Sfn. Тем самым было сформулировано обоснование пролонгации финансирования полётов по окончании ранее оговоренного срока: «демонстрация» лишь перешла из одной фазы в другую:

• демонстрация технологий (technology demo) продолжалась 31 сол, до 5-го полёта включительно;
• демонстрация практического применения (операций, operations demo) началась с 6-го полёта.

Рейс № 4 (сол 69, 30.04.2021) 266 м ● 116,9 с ● 3,5 м/с ● высота 5 м

Накануне первого полёта Ingenuity, 17 апреля, руководитель проекта Ми-Ми Аунг говорила корреспонденту CNN, что интервалыШаблон:Efn между рейсами будут прогрессивно сокращаться. «Ingenuity может полететь на 4-й день после первого рейса, затем на 3-й после второго и так далее», а в следующих рейсах вертолёт сможет подняться на 5 метров и перемещаться до 15 метров вперёд и назадШаблон:Sfn. Шаблон:Начало цитаты«Но как только мы дойдём до 4-го и 5-го полётов, вот тут-то мы повеселимся», — сказала Аунг. «Мы действительно хотим раздвинуть границы. Ведь не каждый день приходится испытывать вертолёты на Марсе! Поэтому хочется быть очень смелыми»Шаблон:Sfn.Шаблон:Конец цитаты

Если для 2-го и 3-го старта интервал в 3 сола был выдержан (58 — 61 — 64), то на 67-й сол было оглашено лишь задание на 4-го рейс, а сам он состоялся только на следующий день, 29 апреля. Предполагался очередной возвратный рейс на большую дальность и длительность, и на большей скоростиШаблон:Sfn. Но в назначенный срок вертолёт не взлетел: исполнение программы прервалось на точке перехода из предполётного режима в полётный. Как объяснили программисты JPL, «заплатка», поставленная на программу перед 19 апреля, в 15 % случаев не помогает обойти критическое место, а 29 апреля пришлось как раз на те самые несчастливые 15 %Шаблон:SfnШаблон:Sfn.

На следующий день, 30 апреля вертолёт преодолел 266 метров в оба конца за 116,9 секунд на высоте 5 метров и скорости до 3,5 м/с. Однако фотографии из этого полёта поступили на марсоход только на следующий день (в 70-й сол), и не полностьюШаблон:Sfn. Трасса была возвратной, и в объективы попадали одни и те же точки маршрута, однако парные снимки точек этого полёта, которые обещала представить Аунг, так и не появились: помимо 5 цветных снимков, в архиве фотоматериалов НАСА оказалось 62 чёрно-белых, все из которых относились только к отрезку после разворота. Аунг пояснила, что NAV снимает прежде всего для полётного контроллера, после чего большая часть этих снимков в архив не отсылается, а уничтожаетсяШаблон:Sfn.

В релизе НАСА от 30 апреля было сообщено, что на новом этапе демонстраций рейсы будут отправляться всё реже, интервалы между ними увеличатся до 2-3 недель, а не позднее конца августа полёты прекратятсяШаблон:Sfn.

Файл:PIA24650-MarsIngenuityHelicopterView-FifthFlight-20210507.jpg

07.05.2021, полёт № 5

Рейс № 5 (сол 76, 07.05.2021) 129 м ● 108,2 с ● 2 м/с ● высота 5 м

Счётчик времени испытательного окна был запущен в 41-й сол экспедиции «Марс-2020». Накануне второго рейса, 22 апреля (58-й сол) руководитель проекта Ми-Ми Аунг напомнила, что для команды Ingenuity это уже 18-й сол из отведённых 30Шаблон:Sfn. Из-за двух переносов (1-го и 4-го полёта) уложиться в это окно не удалось: пятый полёт, назначенный на 7 мая (69-й сол экспедиции), проходил уже в дополнительный, 31-й сол испытаний.

Полётное задание на 5-й рейс было объявлено за день до вылета. Вертолёт впервые направлялся в точку, не обследованную марсоходомШаблон:Sfn. 7 мая, набрав 5-метровую высоту, Ingenuity взял курс на юг. Через 129 метров вертолёт завис, поднялся до 10 метров и сделал с этой высоты 6 цветных фотографийШаблон:Sfn.

Мультипликации, составленные из кадров, отснятых камерами Ingenuity и Perseverance

Файл:Flight 13 zoomed-in animation from Perseverance Mastcam.gif

Рейс № 13 (05.09.2021): съёмка правой камеры Mastcam-Z марсохода Perseverance с расстояния 300 метровШаблон:Sfn

Этап демонстрации возможностей применения: рейсы с 6-го и далее

Séítah-N (рейсы 6 — 9)

Файл:Animation of Ingenuity 6th flight path with Perseverance route at the background.gif

Трасса 6-го рейса (жёлтый «крюк»)

Рейс № 6 (сол 91, 23.05.2021) 205 м ● 139,9 с ● 4 м/с ● высота 10 м ► «C», −2 569 м

Исходя анонса JPL от 19 мая, 6-й рейс ожидался «на следующей неделе», то есть, в интервале между 23 и 29 маяШаблон:Sfn. Однако 27 мая подписчики уведомлений НАСА узнали, что старт состоялся практически досрочно (в субботу, 22 мая по зонам времени США, или 23 мая в 05:20 UTC), и что уже несколько дней JPL изучает возникшие в полёте аномалии. На выполнении полётного задания эти аномалии практически не отразились, а незначительный недолёт до расчётной точки «C» не вышел за границы 5-метрового посадочного эллипса. Предписанные цифры были достигнуты; Ingenuity: Шаблон:Кратное изображение

• перемещался на высоте 10 метров против 5 метров в предыдущих рейсах (в 5-м рейсе вертолёт эту высоту набрал, но на ней не перемещался);
• достиг скорости 4 м/с против 3,5 м/с в рейсе № 4 и 2 м/с в рейсах № 3 и 5;
• пробыл в воздухе 140 секунд против 117 секунд в рейсе № 4Шаблон:Sfn.

Шаблон:Кратное изображение Маршрут протяжённостью 215÷220 метров складывался из трёх отрезков. Пройдя 150 метров на юго-запад, вертолёт должен был переложить курс на 45°, а затем пролететь 15-20 метров в южном направлении. Чтобы снимать при этом местность, расположенную на западе, вертолёту предстояло пройти этот короткий отрезок «боком», левым бортом вперёд. В завершение надо было ещё раз повернуть налево так, чтобы взять курс на северо-восток и пройти к месту посадки параллельно уже пройденному отрезкуШаблон:Sfn. Хотя эта крюкообразная трасса предполагала предварительный пролёт над полем «C» с возвратом к нему для посадки, о «кружении» над неизвестным районом речь не шла: по окончании показных полётов места посадок выбираются в основном без участия марсохода, но с активной проработкой орбитальных снимковШаблон:Sfn и цифровой модели местности (DTM)Шаблон:Sfn.

Камеры марсохода подтвердили, что все стойки шасси стоят на ровной поверхностиШаблон:Sfn, однако с первых сообщений СМИ рейс № 6 стали называть «аномальным»Шаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn. Так называемая «аномалия в 6-м рейсе» возникла на 54-й секунде и имела признаки «болтанки» воздушного судна с колебаниями крена и тангажа до 20°Шаблон:Sfn. Резко возрос трафик между авионикой и механизмами: реагируя на изменения картинки с камеры NAV, программа управления полётом посылала корректирующие сигналы на винт, чему сопутствовали пиковые скачки энергопотребления. Сбой был объяснён «потерей» одного из кадров NAVШаблон:SfnШаблон:Sfn. 24 июня ЦанетосШаблон:Переход оптимистично заявил, что продолжительность следующих полётов возрастёт до 3 минут, а протяжённость до километраШаблон:SfnШаблон:Sfn).

Рейс № 7 (сол 107, 08.06.2021) 106 м ● 62,8 с ● 4 м/с ● высота 10 м ► «D», −2 569 м

Рейс № 8 (сол 120, 22.06.2021) 160 м ● 77,4 с ● 4 м/с ● высота 10 м ► «E», −2 569 м

В «послеаварийных» 7-8 рейсах по трассе «C→D→E» цветная камера RTE была отключена, как предположительно вызвавшая сбойШаблон:Sfn. Коридор 7-9 рейсов остался на уровне 6-го (10 м); скорость в 6-8 рейсах составляла 4 м/с и лишь в девятом увеличилась до 5 м/с — этот рекорд продержался до 25-го рейсаШаблон:Переход в апреле 2022 годаШаблон:Sfn.

О неудачной попытке взлёта 4 июня было сообщено post factum только 29 числаШаблон:Sfn. Не состоялся старт и в дату, переназначенную на «не ранее воскресенья, 6 июня»Шаблон:Sfn. Лишь 9 июня твиттер nasajpl сообщил, что 7-й рейс состоялся во вторник, 8 июня, и вертолёт перелетел на 106 метров к югу. 8-й рейс, заявленный 18 июня на «не ранее 21 июня», состоялся 22 июня. Перелетев ещё на 160 метров к югу, Ingenuity сел в 133,5 метрах от марсоходаШаблон:Sfn. 26 июня JPL сообщила о неудачной попытке старта 4 июня, об устранении сбоев, ранее освещённых в докладах от 9Шаблон:Sfn, 16Шаблон:Sfn, 17Шаблон:Sfn и 29 апреляШаблон:Sfn, а также о перепрошивке программы управления полётом, «сбрасывавшей таймер» по завершении медленной (50 об./мин.) прокрутки винтовШаблон:Sfn.

Рейс № 9 (сол 133, 05.07.2021) 625 м ● 166,4 с ● 5 м/с ● высота 10 м ► «F», −2 580 м

Файл:Absolute elevations of helidromes and max flight levels of Ingenuity.png

Абсолютная высота точек старта и полётных коридоров

2 июля JPL оповестила, что «не ранее, чем через два дня» состоится 9-й рейс, рекордный по протяжённости. Хотя пройденные 5 июля 625-метров не дотянули до обещанных в мае 1 километра за три минутыШаблон:Sfn и аппарат сел в 47 метрах от центра расчётного 50-метрового эллипса (то есть, практически на его краю)Шаблон:Efn, качественная цель была достигнута. Вертолёт пересёк Сейтах наискосок курсом на юго-запад и, «срезав угол» относительно трассы марсохода, встал на стартовую позицию для обследования «Рельефных гряд» (Raised Ridges) — участка, названного месяц назад (6 июня) в числе четырёх областей исследований первой кампанииШаблон:Sfn. Гряды эти попали лишь на последнюю из 10 фотографий камеры RTE в виде парных линий камней, смутно вырисовывавшихся на дальнем плане на расстоянии 50-200 метров. Прессе было сообщено, что в следующем вылете будет проведена предварительная фоторазведка района, куда Perseverance непременно должен будет направиться для взятия образцов породыШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Уклон местности между точками взлёта (-2569,4 м) и посадки (-2579,9 м) составлял 10,5 м — более номинальной высоты полёта, или около 1 градусаШаблон:Sfn. Полёт в направлении склона требовал совместить «противоречия» между инерциальным отсчётом по сумме движений «рулей высоты» и данными лидара. Если бы вертолёт удерживал заданную ему высоту полёта, подытоживая только постоянно изменяемые углы лопастей, то перед посадкой он оказался бы на высоте более 20 м вместо десяти. Программно задача была решена: размеры тени на кадрах NAV были стабильны, хотя траектория рейса разложилась на 172 отрезка, складывающихся в синусоидуШаблон:Sfn.

Начиная с 9-го и вплоть до 15-го рейса JPL стала выкладывать на сайте НАСА по 10 цветных фотографий из каждого полноценного вылета.

Séítah-S (рейсы 10 — 14)

Рейс № 10 (сол 152, 24.07.2021) 233 м ● 165,4 с ● 5 м/с ● высота 12 м ► «G», −2 579 м

На брифинге 21 июля этот рейс анонсировала лично Дженнифер Троспер, заместитель руководителя всего проекта Марс-2020Шаблон:Sfn. Выдача полётного задания группе Ingenuity на столь высоком уровне дополнительно подчёркивала наличие «заказа» со стороны группы Perseverance на фотографирование «Рельефных гряд». Через два дня, 23 июля ЦанетосШаблон:Переход уточнил детали и опубликовал карту маршрута протяжённостью 233 метра с расстоянием между точками взлёта и посадки около 95 метров. Впервые после 6-го рейса трасса была многозвенной и представляла собой четыре хорды разорванного овала. Последовательно проходя эти отрезки по часовой стрелке, вертолёт делал поворот направо от ~30° до ~135°. Как и в 6-м рейсе, ради фотографирования вертолёт двигался «боком вперёд». Аэрофотосъёмка «Рельефных гряд» производилась не с низкой, как это можно было ожидать, а наоборот, с рекордной на тот момент для вертолёта 12-метровой высотыШаблон:Sfn.

Рейс № 11 (сол 163, 05.08.2021) 383 м ● 130,9 с ● 5 м/с ● высота 12 м, ► «H», −2 570 м

Новому полю «H» была определена роль базы рекогносцировочных вылетов в зону предстоящей работы марсохода. Объявив 11-й рейс техническим перегоном на эту базу, JPL не выдала заданий по цветной аэрофотосъёмке, проложив трассу к западу от ArtubyШаблон:Sfn, хотя учёные уже «присмотрели» эти гряды ранее, а впоследствии взяли оттуда пробы. Не обременённый задачами зависать и менять курс по пути, вертолёт повторил рекорды предыдущего рейса по скорости и высоте. На протяжении всего полёта инерционная навигация осуществлялась в движении «задним ходом». Южнее старта «G » находился Perseverance; туда же, назад была обращена и цветная камера RTE. Хотя марсоход из её поля зрения не выпадал, различить его оказалось возможным лишь на самом первом из 10 снимков «цветной фотосессии» этого полётного дняШаблон:Sfn.

Рейс № 12 (сол 174, 16.08.2021) 450 м ● 169,5 с ● 4,3 м/с ● высота 10 м ► «H», −2 570 м

Рейс № 13 (сол 193, 05.09.2021) 210 м ● 160,5 с ● 3,3 м/с ● высота 8 м ► «H», −2 570 м

Шаблон:Кратное изображение В августе истекал срок финансирования дополнительного этапаШаблон:Sfn, и 12-й рейс дал команде вертолёта шанс показать реальную пользу цветной аэрофотосъемки для работы марсохода. В издании Spectrum появилась одна из фотографий 12-го рейса, которая, по утверждению автора, помогла марсоходу немного скорректировать путь объезда одного холмика в гряде АртубиШаблон:Sfn.

До примерно месячной паузы на время ухода Марса за Солнце относительно Земли вертолёт совершил ещё один, 13-й рейс по той же схеме с углублением в Сейтах и возвратом к месту старта с 10 новыми цветными снимками. Технических рекордов не устанавливалось; наоборот, скорость, высота и протяжённость от рейса к рейсу снижалисьШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Рейс состоялся уже за пределами назначенного в апреле срока вывода вертолёта из эксплуатации, но на протяжении сентября 2021 года финансирование Ingenuity вновь пролонгировалиШаблон:Sfn.

Файл:Perseverance enters Séítah on sol 201.jpg

Трассы марсохода и вертолёта на начало октября 2021 года

Спустя два с половиной месяца, 18 ноября JPL представила синхронную съёмку взлёта и посадки вертолёта обеими камерами Mastcam-Z с отдельными установками зума для каждой при частоте не менее 7 цветных кадров в секундуШаблон:Sfn. Компьютер Perseverance без сбоев обработал трафик, хотя «Spectrum» ранее заметил, что вычислительные мощности марсохода слабее, чем у вертолётаШаблон:Sfn.

Рейс № 14 (сол 241, 24.10.2021) 210 м ● 23 с ● подскок до 5 м ► «H», −2 570 м

На период верхнего соединения Земли и Марса с 28 сентября по 17 октября (217—235 солы) НАСА объявила мораторий на радиообмен со всеми марсианскими аппаратамиШаблон:Sfn. Тем временем, уже к середине сентября для взлёта пришлось форсировать режим с 2500 до 2700 об./мин. После проверочной раскрутки винтов, 15 сентября был назначен подскок на высоту 5 метров на дату «не ранее 17-го»Шаблон:Sfn. Первая попытка состоялась 18 сентября, но программа взлёта самозавершилась по сигналам о неполадках в двух сервоприводахШаблон:Sfn. Испытания были завершены уже после коммуникационной паузы. Пробная прокрутка состоялась 23 октября, и на следующий день вертолёт, наконец, взлетелШаблон:Sfn.

Возвращение к месту высадки (рейсы 15 — 20)

Файл:Perseverance route to delta presented in July 2021.png

От Сейтаха к «Трём рукавам»

Файл:Ingenuily flights 15-20.png

Возвращение над уже пройденными трассами
(рейсы № 15 — 20, ноябрь 2021 — февраль 2022)

Научная работа Марс-2020 началась с Сейтаха благодаря неточности спуска с орбиты, когда «небесный кран» оказался в 1,7 км от центра расчётного эллипса (позже эту область назвали «Три рукава», Шаблон:Lang-enШаблон:Sfn). Обследование начали с Сейтаха, дойдя до его южной оконечности. Вариант возвращения оттуда к склонам дельты мимо «Рельефных гряд» отпал, и аппараты было решено направить назад по собственным следам: сначала против часовой стрелки вокруг Сейтаха, затем на север к району посадки OEB/WBFШаблон:Переход и уже оттуда к «Трём рукавам»Шаблон:Sfn. Вертолёту предстояло выступить в поход заблаговременно, чтобы упредить Perseverance, обгоняющий Ingenuity за несколько соловШаблон:Sfn.

Подъём отметок высот в перелёте «F→E», обратном 9-му рейсуШаблон:Переход, составил в общей сложности 12,8 метров (-2569,4 против −2582,2). С учётом пониженного атмосферного давления трассу предполагали разбить на 4-7 «укороченных перебежек»Шаблон:Sfn. В итоге их оказалось четыре с промежуточными посадками внутри Сейтаха в точках «J», «K» и «L». Завершающий отрезок «E→M» шёл вдоль Сейтаха на север параллельно трассам 7 и 8 рейсовШаблон:Переход («C→D→E»)Шаблон:Sfn.

Рейс № 15 (сол 254, 06.11.2021) 407 м ● 128,8 с ● 5 м/с ● высота 12 м ► «F», −2 579 м

Рейс № 16 (сол 268, 21.11.2021) 116 м ● 107,9 с ● 1,5 м/с ● высота 10 м ► «J», −2 582 м

Рейс № 17 (сол 282, 05.12.2021) 187 м ● 117 с ● 2,5 м/с ● высота 10 м ► «K», −2 580 м

Рейс № 18 (сол 292, 15.12.2021) 230 м ● 125 с ● 2,5 м/с ● высота 10 м ► «L», −2 573 м

Рейс № 19 (сол 346, 08.02.2022) 62 м ● 99,98 с ● 1 м/с ● высота 10 м ► «E», −2 569 м

Рейс № 20 (сол 364, 26.02.2022) 391 м ● 130,38 с ● 4,4 м/с ● высота 10 м ► «M», −2 570 м

15-й рейс возвращал вертолёт на «поле F» — Шаблон:Date он уже садился в этот 100-метровый кратер, завершая рекордный 625-метровый перелёт через СейтахШаблон:Переход. В задание, оглашённое за сутки до вылета, была включена расчётная продолжительность (130 секунд)Шаблон:Sfn — параметр, волатильный при заранее неизвестных скорости и направлении ветра. Исполнить задание с точностью до метра и секунды не получилось: вертолёт закончил полёт быстрее (128,8 с), пройдя при этом 407 метров вместо 406. Если в 9-м рейсе вертолёт ушёл от центра посадочного эллипса на 47 мШаблон:Sfn, то на этот раз он оказался примерно в 45 м к северо-западу от точки предыдущнй посадки; JPL оценила это, как «в пределах намеченной зоны». Фотографии местности, уже обследованной марсоходом, научной оценки не получила, а сама JPL охарактеризовала отбор точек этой цветной аэрофотосессии термином «оппортунистический» (Ingenuity opportunistically took images of science interest).

Шаблон:Кратное изображение 16-й рейс планировался на 20 ноября, но состоялся 21-го и проходил на беспрецедентно малой скорости 1,5 м/сШаблон:Sfn.

В 17-м рейсе во время посадки на высоте 3 метров от земли сигнал от вертолёта пропал. Причиной было отсутствие прямой видимости между антеннами аппаратов, находившихся на расстоянии 187 метров: помеху создал 5-метровый холмик Bras. ЦанетосШаблон:Переход переложил вину на команду марсохода, заявив, что при планировании трассы ровер находился в другом месте, но «планы Perseverance меняются день ото дня, чтобы максимизировать результаты научных исследований»Шаблон:Sfn.

18-й рейс состоялся 15 декабря, хотя планировался на начало 20-х чиселШаблон:Sfn. Ускорили и публикацию фотоматериалов: их обнародовали до официального отчёта. Однако о результатах очередной перепрошивки полётной программы, планировавшейся ещё 18 ноябряШаблон:Sfn, сообщено не было.

19-й рейс был первым в 2022 году. От площадки «E», с которой летом стартовал рекордный перелёт через СейтахШаблон:Переход, вертолёт отделяло 62 метра по горизонтали и 4 метра вверх по вертикали. Но ни 5 январяШаблон:Sfn, ни 7 январяШаблон:Sfn вылет не состоялся: в первый день нового года на Сейтах с юга надвинулось облако пыли. «По неблагоприятным метеоусловиям» вылет перенесли сначала на 23 январяШаблон:Sfn, а затем на 8 февраля. При пробной раскрутке 28 января (сол 335) все 6 сервоприводов испытывали усиленное трение. Потребовалось две серии «раскачиваний» (wiggle tests) в 340 и 341 солы, чтобы сбросить предположительно осевшие литометеоры и подготовить автомат перекоса к полётуШаблон:Sfn. На краях кадров навигационной камеры изображение деградировало, и чтобы вывести его из программной обработки, пришлось наложить виртуальную маскуШаблон:Sfn.

18 февраля (сол 355) Perseverance в режиме автонавигации миновал Ingenuity в 25 метрах к западу от поля «E» на одной с ним отметке высоты −2569 м. Несмотря на отсутствие помех по линии прямой видимости, вертолёт не сфотографировалиШаблон:Sfn.

20-й рейс. Покинув низины южного Сейтаха, вертолёт встал на южную точку меридиональной трассы «C→D→E», которую в июне 2021 года он прошёл в двух коротких перелётах № 7 и 8Шаблон:Переход. Конечным пунктом «пути назад» называлось поле братьев РайтШаблон:Sfn, с которого предстояло начать новую серию перелётов на северо-запад, через Сейтах, в направлении склонов наносов дельты. Однако трассу «E→M» сдвинули западнее «C→D→E», а поле «M» определили на 150 м юго-западнее WBFШаблон:Переход. Назначенный «не ранее 25 февраля» вылет на «M» состоялся на сол позже, и 26-го числа Ingenuity сел на дне выемки шириной около 60 метров и глубиной до 3 метровШаблон:Sfn. Шаблон:Кратное изображение

Вновь через Сейтах к «Трём рукавам» (рейсы 21 — 28)

Рейс № 21 (сол 375, 10.03.2022) 370 м ● 129,2 с ● 3,85 м/с ● высота 10 м ► «N», −2 559 м

Рейс № 22 (сол 384, 20.03.2022) 68 м ● 101,4 с ● 1 м/с ● высота 10 м ► «N», −2 562 м

Рейс № 23 (сол 388, 24.03.2022) 358 м ● 129,1 с ● 3,85 м/с ● высота 10 м ► «P», −2 566 м

Рейс № 24 (сол 398, 03.04.2022) 47 м ● 69,5 с ● 1,45 м/с ● высота 10 м ► «P», −2 563 м

Рейс № 25 (сол 403, 08.04.2022) 704 м ● 161,5 с ● 5,5 м/с ● высота 10 м ► «Q», −2 557 м

Рейс № 26 (сол 414, 20.04.2022) 360 м ● 159,3 с ● 3,8 м/с ● высота 8 м ► «R», −2 560 м

Рейс № 27 (сол 418, 24.04.2022) 307 м ● 153,3 с ● 3 м/с ● высота 10 м ► «S», −2 557 м

Рейс № 28 (сол 423, 29.04.2022) 421 м ● 152,9 с ● 3,6 м/с ● высота 10 м ► «T», −2 550 м

В этой серии перелётов Ingenuity должен был вновь попытаться опередить Perseverance, чтобы выступить разведчиком путей у склонов дельты. Пока колёсный аппарат делал пятикилометровый крюк в обход поля песчаных дюн и каменистых возвышений, команда винтокрыла рассчитывала срезать угол, пройдя на северо-запад над перевалом (Northwest Passage, или Кирит Унгол, как его назвал любитель Толкина ЦанетосШаблон:Переход)Шаблон:Sfn. По ходу этой «гонки» расстояние между аппаратами достигло 1,3 км; их радиообмен превзошёл паспортный предел удаления по связи, составлявший 1 кмШаблон:Sfn.

Шаблон:Кратное изображение В марте атмосферное давление росло вяло, не позволяя вернуться к штатным 2537 об./мин. и 160—170 секундам полёта. В 21-25 рейсах старты перенесли с 12 на 10 часов (в 24-м даже на 9:30 утра). 15 марта был опубликован cводный план 21-23 полётовШаблон:Sfn.

21-й рейс, назначенный «не ранее 5 марта», состоялся 10 мартаШаблон:Sfn. Подъём по трассе «M→N» составил 11,8 метра; аппарат вышел на самую высокую на тот момент отметку −2559 м. Однако посадка была близка к аварийной: левая передняя стойка зависла над гребнем дюны, на которую сел вертолёт. Профиль следующего отрезка «N→(O)» позволял пересечь «Кирит Унгол» напрямую, поднявшись на стандартные 10 м и пройдя с пятиметровым запасом над местной господствующей высотой −2554 метра. Но в плане был предпочтён облёт этого массива по L-образной траектории с изломом более 90° против часовой стрелкиШаблон:Sfn.

22-й рейс закончился на 102-й секунде посадкой в 68 м от старта. Первоначально эту точку обозначили «O», но спустя сутки полёт переквалифицировали в подскок «N→N». Через 4 сола 23-й рейс завершил эту часть программы перелётом «N→P» (от литеры «O» отказались)Шаблон:Sfn. 24-й рейс вновь оказался укороченным и также был зарегистрирован как подскок «P→P»Шаблон:Sfn.

25-й рейс завершил эту серию перелётов, обновив рекорды скорости (5,5 м/с) и протяжённости (704 м)Шаблон:Sfn. После этого Ingenuity «отдыхал» 11 солов (403—413) на гелидроме «Q», а Perseverance прошёл более 1,1 км вдоль склонов дельты до точки «Три рукава» и опередил вертолёт, оказавшись уже к западу от него.Шаблон:Sfn.

26-й рейс стал второй и последней комплексной демонстрацией как операционных, так и технических возможностей при выполнении главной задачи аппарата — аэрофотосъёмки. Если в 10-м рейсе снимки «Рельефных гряд» были нужны учёным, то на этот раз «бенефициарами» стали инженеры и конструкторы НАСА, получившие фотографии парашюта и фрагментов «скорлупы» посадочного модуля экспедиции. Если в 10-м рейсе цветное фотографирование производилось только на двух центральных отрезках трассы с манёврами фюзеляжем в пределах ~30°, то в 26-м рейсе фотографии делались на всех четырёх отрезках, а азимут съёмки изменился на противоположный. Ради фотографирования коридор полёта был снижен до 8 мШаблон:Sfn.

27-й рейс. На первой половине пути вертолёт продолжил полёт на запад, чтобы завершить съёмку гряды с остатками модуля EDL в движении «задним ходом». Пролетев таким образом примерно 100 метров, вертолёт переложил курс на северо-запад, к обрывистым склонам дельты. 28-й рейс продолжил полёт по этому же азимуту, завершив его неподалёку от места, где марсоход работал в 405-406-й сол. За апрель это был уже пятый по счёту вылет — такой интенсивности стартов не было со времени демонстрационной программы, когда за апрель 2021 года было сделано 4 вылетаШаблон:Sfn.

Вдоль переднего края дельты (рейсы 29 — 34)

Рейс № 29 (сол 465, 11.06.2022) 182 м ● 66,6 с ● 5,5 м/с ● высота 10 м ► «U», −2 550 м

Рейс № 30 (сол 533, 20.08.2022) 2 м ● 33,3 с ● подскок до 3 м ► «U», −2 550 м

Рейс № 31 (сол 550, 06.09.2022) 98 м ● 55,6 с ● 4,75 м/с ● высота 10 м ► «V», −2 549 м

Рейс № 32 (сол 561, 18.09.2022) 94 м ● 55,7 с ● 4,75 м/с ● высота 10 м ► «W», −2 547 м

Рейс № 33 (сол 567, 24.09.2022) 112 м ● 55,6 с ● 4,75 м/с ● высота 10 м ► «X», −2 545 м

Рейс № 34 (сол 625, 23.11.2022) 0 м ● 18,6 с ● подскок до 5 м ► «X», −2 545 м

Шаблон:Кратное изображение 29-й рейс. Снижение отдачи солнечных батарей в зимний, пыльный период было событием ожидаемым. К июню из-за недозарядки аккумуляторов дефицит энергии составил 2 % с перспективой роста до 7 % к зимнему солнцестоянию (около 500-го сола). Для экономии энергии порог включения обогрева снизили с −15 °C до −40 °CШаблон:Sfn. Однако оказалось, что без обогрева остаётся и таймер бортового компьютера, из-за сброса которого с 3 по 5 мая (427—429 сол) связь с Ingenuity была потеряна. Чтобы «найти» вертолёт, пришлось отложить все работы по плану экспедиции и перевести марсоход в режим круглосуточного мониторинга эфира. На протяжении нескольких недель «накопления» энергии направлялись на докачку фотографий из предыдущих рейсовШаблон:Sfn. 26 и 27 мая была проведена прокрутка винтов, и подготовка к 29-му рейсу продолжиласьШаблон:Sfn. 6 июня Ховард Грип сообщил, что из-за отключения обогрева инклинометр вышел из строя, и его функции переданы другим датчикам инерциальной навигацииШаблон:Sfn.

О том, что 11 июня рейс состоялся, стало известно 2 дня спустя по факту появления в фотобанке НАСА новых 5 кадров камеры NAV, а 14-го новая запись появилась и в журнале полётовШаблон:Sfn. 18 июня (сол 472) был сделан один, и 20 июля (сол 503) ещё три контрольных цветных снимка посадочной площадки «U».

30-й рейс (подскок на 5 метров). 13 июля JPL уведомила, что следующий старт откладывается до начала августа при подходящих погодных условияхШаблон:Sfn. 6 августа прошла проверка на минимальных (50 об./мин.), а 15 августа на несколько секунд двигатель был выведен на штатные обороты. Краткосрочный (33 сек.) подскок с минимальным смещением на 2 метра по горизонтали состоялся 20 августа. Было объявлено, что в сентябре планируется новая перепрошивка полётной программы для повышения точности посадкиШаблон:Sfn.

31-й рейс , 32-й рейс и 33-й рейс состоялись, соответственно, 6, 18 и 24 сентября. Эти рейсы планировались исходя из одних и тех же предпосылок расхода энергии, и поэтому были одинаковы по высоте (10 м), скорости (4,75 м/с) и, округлённо, времениШаблон:Sfn. В промежутке между 31 и 32 рейсами, 10 сентября, был сделан один цветной снимок с места стоянки. В 32-й рейс с гелидрома «V» вертолёт ушёл без предуведомления; 33-й рейс был заявлен 22 сентября на дату «не ранее 24-го»Шаблон:Sfn. По 32 и 33 рейсам первые 5 кадров навигационной камеры поступили в фотобанк НАСА менее, чем через сутки.Шаблон:Sfn. При просмотре кадров из 33-го рейса обнаружилось, что ветер принёс на стоянку один из множества фрагментов спускаемого модуля, разбросанных по кратеру при посадке Шаблон:Date. Обрывок материала обмотался за одну из стоек шасси, но на полпути между «W» и «X» отцепился и вновь упал на МарсШаблон:Sfn.

34-й рейс (подскок на 5 метров) был запланирован на Шаблон:DateШаблон:Sfn, но состоялся на 13 дней позже: обновление полётной программы заняло несколько недель. Этот самый короткий из всех стартов (18 секунд) команда вертолёта расценила как самый важный: в ПО добавлены алгоритмы оценки места посадки, что помогает избежать аварийШаблон:Sfn.

От демонстрационного образца к серийному изделию

«Не тот аппарат надо было назвать „Настойчивость“»

Вспоминая в конце 2021 года о перипетиях истории и полётов Ingenuity, старший редактор IEEE Spectrum Эван Аккерман пошутил: «Может быть, „Настойчивостью“ (Шаблон:Lang-en) следовало назвать этот маленький марсианский вертолётик?»Шаблон:Sfn. Проявлять настойчивость команде вертолёта пришлось ещё на этапе борьбы за место на борту космического корабля. Вплоть до конца 2010-х годов немало руководителей НАСА, учёных и сотрудников JPL активно выдвигали контраргументы против интеграции вертолёта в ближайшую экспедицию. На протяжении трёх лет будущий Ingenuity разрабатывался вне проекта «Марс 2020» и его бюджетаШаблон:Sfn. Когда весной 2018 года руководство НАСА приняло заверения, что добавление вертолёта не навредит целям экспедиции, главный учёный этого проектаШаблон:Sfn Кеннет Фарлей заявил, что из факта принятия Ingenuity на борт отнюдь не следует, что коллектив поддерживает это решение даже при гарантиях отсутствия риска:

Шаблон:Начало цитаты…я сам не сторонник вертолёта и не верю, что среди участников всего проекта «Марс-2020» найдутся сторонники вертолёта. Шаблон:Скрытый блок Шаблон:Конец цитаты

Убеждённый, что вертолёт — отвлечение группы учёных от приоритетной научной задачи, недопустимое даже на короткое время, Фарлей резюмировал:

Шаблон:Начало цитаты…лично я противник вертолёта, потому что мы тут все напряжённо трудимся ради эффективности, и 30 дней, потраченные на демонстрацию технологий, не продвинут нас к намеченным целям с научной точки зренияШаблон:Скрытый блок Шаблон:Конец цитаты Скептицизм части руководства НАСА не был безосновательным. Учёные, инженеры и менеджеры исходили из прагматического сопоставления пользы дополнительной аэроразведки с издержками, которые неизбежно ложатся на график выполнения марсоходом всех возложенных на него задач. Ещё 30 апреля, полемизируя с Ми-Ми Аунг в эфире совместной конференции, Дженнифер Троспер предупредила, что благодаря автонавигации марсоход в конечном счёте опережает вертолётШаблон:Sfn. Эти расчёты подтвердились весной 2022 года: к началу 400-х солов вертолёт так и не занял опережающую позицию на трассе вдоль склонов дельты, хотя покрыл расстояние в несколько раз меньше, чем ровер. Из-за возросших потерь времени на подзарядку и передачу телеметрии сорвалась и попытка вывести вертолёт на позиции прокладчика трассы, запланированная при подъёме в дельтуШаблон:Sfn.

По завершении «испытательного окна» НАСА продлило поддержку Ingenuity ещё на 30 солов, ограничив частоту вылетов 1 рейсом в несколько недель. В дальнейшем некоторые высшие руководители НАСА продолжали гасить ажиотаж в отношении марсианского вертолёта. Так, обращаясь напрямую ко всем сотрудникам проекта Марс-2020, директор программы исследования Марса Э. Янсон и главный исследователь Марса М. Мейер призвали персонал «быть в высшей степени дисциплинированными и сконцентрироваться на сборе образцов»Шаблон:Sfn. В их докладе Комитету по исследованию планет (Planetary Advisory Committee, PAC) Шаблон:Date вертолёт упоминался только в прошедшем времени: «разместили Ingenuity и завершили фазу демонстрации технологий»Шаблон:Sfn.

Демонстрация способности выйти за границы возможного

Файл:22372 PIA23159-16 Mars Helicopter Prototype.jpg

Прототип, впервые осуществивший Шаблон:Date в барокамере управляемый полёт в атмосфере, идентичной марсианской

В конце 2021 года Национальная академия наук США представила очередную 10-летнюю концепцию изучения космоса на период до 2032 года. Упор в ней делался на удешевлённые (Шаблон:Lang-en) проектыШаблон:Sfn. Отправка на Марс новых марсоходов третьего поколения класса Curiosity/Perseverance (а с ними и вертолётов) не предусматривалась. Это могло отодвинуть и без того дальние сроки внедрения уже разработанных улучшений вертолёта ещё как минимум на 10 лет. Однако идея марсианских вертолётов не попала на архивную полку: несмотря на урезание расходов по Марсу, суммы для завершения программы доставки образцов грунта предусматривалисьШаблон:Sfn. В марте 2022 года инженеры AeroVironment, ранее создавшие Ingenuity, представили концепцию нового вертолёта грузоподъёмностью 280 г. Манипулятор весом 90 г и самодвижущееся шасси позволяют использовать аппараты этого типа взамен специального марсоходаШаблон:Sfn для подбора гильз с образцами, собранными PerseveranceШаблон:Sfn.

Файл:Hi-RISE vs Navcam vs RTE.gif

Обзор кадров со спутника (Hi-RISE), с марсохода (Navcam) и вертолёта (RTE)

Благодаря Ingenuity концепция марсианской научной лаборатории (Шаблон:Lang-en, сокр. MSL — название экспедиции, доставившей на Марс Curiosity) получила развитие в направлении научно-исследовательского комплекса, где самодвижущийся «научный комбинат» дополняется вспомогательным оперативным подразделением. Инерциальная навигация и полётная программа продолжали совершенствоваться по ходу «демонстрации операций». Экспедиция по возврату образцов требует многократно проходить по трассе, уже заснятой на камеру NAV. При погрузке кернов каждый возвратный рейс должен завершаться в точке вылета, и точность приземления была поставлена в задание 31-го рейсаШаблон:Sfn, а в 34-м рейсе прошёл пробную обкатку модуль полётной программы, интегрирующий её с цифровой моделью МарсаШаблон:Sfn. Разреженная атмосфера с плотностью 1/100 земной физически не позволяет повторять манёвры и приёмы посадки земных вертолётовШаблон:SfnШаблон:Sfn. Один из конструкторов уподобил это езде со скоростью пешехода на 5-й передачеШаблон:Sfn.

Шаблон:Кратное изображение Применительно к уточнению рельефа Марса с вертолёта надо иметь в виду, что с кадрами RTE конкурируют стереопары Mastcam, снимаемые с 2-метровой высоты, причём в момент съёмки координаты кадров NAV/RTE неизвестны. В отчётах о рейсах 16-19 не упоминалось об использовании подробной аэрофотосъёмки 9-го рейса «E→F» при выборе точек промежуточных посадок «J», «K» и «L» при перелёте по этому же маршруту в обратном направлении. Между тем, именно здесь, в точке «K», при завершении 17-го рейса линия прямой видимости оказалась перекрыта в 3 метрах от грунта, и связь с марсоходом временно пропалаШаблон:Sfn.

Передача послеполётной телеметрии объёмом 700 Мб может растянуться до 3 солов. Каждый рейс вертолёта отнимает у марсохода как посредника в передаче данных и фотоматериалов около 6 часовШаблон:Sfn. Цветная фотосъёмка остаётся актуальной и для «грузовых» вертолётов; в частности, им предстоит заснять старт корабля, на который будут загружены образцы грунтаШаблон:Sfn.

Таким образом, опыт Ingenuity будет применён раньше, чем это можно было бы ожидать. Шаблон:Date директор Отдела планетарных наук НАСА Лори Глейз подтвердила намерение использовать два таких вертолётаШаблон:Sfn, а Шаблон:Date Ванди Верма из JPL рассказала об этом в Аризонском университетеШаблон:Sfn.

Справочные материалы

Шаблон:Hider hiding
Шаблон:Hider hiding

Комментарии

Литература

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web (Mars Science Helicopter: Conceptual Design of the Next Generation of Mars Rotorcraft — другая версия статьи в NASA Technical Reports Server)
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

Пресс-релизы и обзоры

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

Техническая документация и бюллетени в формате pdf

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

Видеоматериалы

• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media
• Шаблон:Cite AV media

Экспедиция Марс-2020 / Mars 2020 Mission

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

Хронография вертолёта / Ingenuity status updates

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

Хронография марсохода / Perseverance status updates

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

Обозрения

• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web
• Шаблон:Cite web

Ссылки

• Шаблон:Cite web