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Sesto volo di Ingenuity. Ecco cosa è accaduto

Ecco cosa è accaduto. L’elicottero, arrivato al 91° giorno marziano, o sol, su Marte, ha effettuato il sesto volo. L’obiettivo da portare a termine era quello di espandere l’inviluppo di volo e dimostrare le capacità di imaging aereo, acquisendo delle immagini stereo di una regione situata ad ovest. 

Ad Ingenuity è stato ordinato di salire ad un’altitudine di 10 metri, prima di traslare di 150 metri verso sud-ovest ad una velocità dal suolo di 4 metri al secondo. Successivamente, avrebbe dovuto traslare di 15 metri verso sud mentre scattava delle immagini verso ovest, per poi volare per altri 50 metri verso nord-est per atterrare.

La telemetria del sesto volo mostra che la prima tratta di 150 metri del volo è partita senza alcun intoppo. Ma qualcosa è accaduto verso la fine di questa tappa. L’elicottero ha cominciato ad inclinarsi avanti e indietro seguendo uno schema oscillante. Questo comportamento è persistito per tutto il resto del volo. 

I sensori di bordo, prima di atterrare in completa sicurezza, indicavano che l’elicottero aveva riscontrato delle escursioni di rollio e beccheggio di oltre 20 gradi e picchi nel consumo di energia.

L’immagine di Marte è stata scattata ad un’altitudine di 10 metri dall’elicottero Ingenuity Mars, della NASA, durante il suo sesto volo avvenuto il 22 maggio 2021

Sesto volo di Ingenuity: la traccia dei suoi movimenti

Ingenuity, mentre si trova in volo, tiene traccia dei suoi movimenti attraverso un’unità di misura inerziale (IMU) presente a bordo. L’IMU misura le accelerazioni e i tassi di rotazione di Ingenuity. 

Integrando queste informazioni nel tempo, è possibile stimare la posizione, la velocità e l’assetto dell’elicottero, dove si trova, quanto velocemente si muove e come è orientato nello spazio. Il sistema di controllo presente a bordo reagisce ai movimenti stimati, regolandone in maniera molto rapida gli input di controllo ad una velocità di 500 volte al secondo.

Se il sistema di navigazione si affidasse solamente all’IMU, a lungo andare non sarebbe poi così preciso. Gli errori potrebbero accumularsi molto rapidamente causando così all’elicottero una perdita di rotta.

Le stime basate su IMU, per riuscire a mantenere un’assoluta precisione nel tempo, sono nominalmente corrette con regolarità. Ed è proprio qui che entra in gioco la telecamera di navigazione di Ingenuity.

La telecamera di navigazione di Ingenuity

La navcams che si trova rivolta verso il basso, per la maggior parte del tempo durante il volo, scatta una media di 30 foto al secondo della superficie marziana, per poi immetterle immediatamente nel sistema di navigazione dell’elicottero.

L’algoritmo del sistema di navigazione, ogni qual volta arriva un’immagine, esegue una serie di azioni. In primo luogo, esamina il timestamp, che riceve insieme all’immagine, così da determinare in quale momento è stata immortalata. 

Successivamente, l’algoritmo fa una previsione su ciò che la fotocamera avrebbe dovuto vedere in quel particolare momento. Questo viene calcolato in termini di caratteristiche della superficie. Lo strumento è in grado di riconoscere le immagini precedenti scattate pochi istanti prima, verificando le variazioni di colori e le protuberanze create dalle rocce e dalle increspature di sabbia.

L’algoritmo, infine, esamina in quale posto queste caratteristiche appaiono effettivamente nell’immagine. Questo strumento di navigazione utilizza la differenza tra la posizione prevista e quella effettiva di queste caratteristiche. per poter correggere le sue stime di posizione, di velocità e di assetto.

L’immagine di Ingenuity è stata scattata il 23 maggio 2021, il giorno dopo il suo sesto volo, dallo strumento Mastcam-Z a bordo del rover Perseverance Mars

Anomalia durante il sesto volo

Ingenuity, a circa 54 secondi dall’inizio del suo sesto volo, ha riscontrato un problema tecnico nella pipeline di immagini fornite dalla telecamera di navigazione. 

Questo problema ha purtroppo causato la perdita di un’immagine, e non solo. Infatti, l’aspetto più grave è che ha consegnato tutte le immagini di navigazione successive con dei timestamp completamente imprecisi. 

L’argoritmo di navigazione, a causa di questo problema, ha eseguito una correzione basata su un’immagine di navigazione. Di conseguenza, ha funzionato sulla base di informazioni errate su quando è stata ripresa l’immagine. 

Le incongruenze hanno così portato ad un degrado, piuttosto significativo, delle informazioni utilizzate per far volare l’elicottero. Questo ha portato ad una correzione costante delle stime per poter risolvere gli errori. Tutto ciò ha causato le oscillazioni di Ingenuity.

Sesto volo di Ingenuity: sopravvivere all’anomalia

Ingenuity, nonostante abbia riscontrato questa anomalia, è stato in grado di mantenere il volo. Inoltre, è riuscito ad atterrare in tutta sicurezza sulla superficie entro 5 metri dalla posizione di atterraggio prevista. 

Uno dei modi in cui è riuscito a farlo è il notevole sforzo compiuto per poter garantire che il sistema di controllo del volo potesse avere un ampio margine di stabilità. I ricercatori spiegano che: “Abbiamo progettato Ingenuity, per tollerare errori significativi senza diventare instabile. In questi sono inclusi gli errori di tempistica”. 

Nei voli precedenti di Ingenuity, questa condizione non è stata riscontrata perché il comportamento dell’elicottero era completamente in linea con le nostre aspettative. Purtroppo, questo aspetto è venuto a crearsi, per la prima volta, durante il sesto volo.

L’atterraggio in sicurezza, nonostante l’anomalia, è avvenuto non utilizzando le immagini della telecamera di navigazione durante la fase finale della discesa fino all’atterraggio. In questo modo, sono state garantite delle stime fluide e continue del movimento dell’elicottero durante questa fase critica. 

Ingenuity, grazie a questo tipo di progettazione, ha potuto ignorare le immagini della telecamera negli ultimi istanti di volo, smettendo così di oscillare. Successivamente, ha livellato il suo assetto ed è atterrato alla velocità prevista.

Conclusioni

Il sesto volo, guardandolo da un punto di vista completo, si è concluso con Ingenuity al sicuro a terra. Questo è avvenuto grazie ad un certo numero di sottosistemi, tra cui il sistema del rotore, gli attuatori e il sistema di alimentazione, che hanno risposto alle crescenti richieste di mantenere l’elicottero in volo. 

Ingenuity, è riuscito ad affrontare la situazione e, sebbene il volo abbia scoperto una vulnerabilità temporale che ora dovrà essere affrontata, ha anche confermato la robustezza del sistema.

La NASA, nonostante non abbia intenzionalmente pianificato un volo così stressante, adesso possiede dei dati di volo che sondano i tratti esterni dell’inviluppo delle prestazioni dell’elicottero. Questi dati saranno analizzati attentamente nel tempo a venire, ampliando così le conoscenze sugli elicotteri in volo su Marte.

Video:

https://mars.nasa.gov/resources/25941/ingenuity-flight-six-navcam-image/

Fonte:

https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/status/305/surviving-an-in-flight-anomaly-what-happened-on-ingenuitys-sixth-flight/

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