Marsjański helikopter wystartował i... wylądował!

To przełomowe wydarzenie. Po raz pierwszy w historii podboju kosmosu urządzenie zbudowane przez człowieka dokonało startu, lotu i lądowania w atmosferze obcej planety. WOW!

No i stało się. Malutki (1,8 kg) wirłopłat Ingenuity, który 18 lutego tego roku wylądował na Marsie przyczepiony do łazika Perseverance, teraz – 19 kwietnia ziemskiej nocy o 3:30 czasu EDT (wschodni czas amerykański) – wystartował z powierzchni Czerwonej Planety, uniósł się w marsjańskim „powietrzu” na trzy metry na 30 s, po czym obrócił się i osiadł mniej więcej w tym samym miejscu, w którym rozpoczął swój pionierski lot. Na naszych oczach dzieje się historia. Właśnie spece z NASA, którzy zbudowali to cudo techniki, zrobili duży krok na drodze pokonywania kolejnych barier technologicznych w podboju kosmosu. Jeśli helikopter zbudowany przez człowieka może latać w niezwykle rozrzedzonej marsjańskiej atmosferze (to 1 proc. gęstości atmosfery ziemskiej), podobne urządzenia latające mogą też unosić się i przemieszczać w atmosferach innych planet lub księżyców. A to daje nam niezwykłe narzędzie do badania innych światów. Naprawdę spore osiągnięcie.

Ingenuity, autonomiczne cudo techniki za 80 mln dol.

Choć Ingenuity jest bardzo mały, to jego budowa pochłonęła sumę prawie... 80 mln dol.! Zastosowano w nim najbardziej zaawansowane rozwiązania techniczne i materiałowe dostępne obecnie na świecie. Ingunuity to tak naprawdę dwuwirnikowy śmigłowiec z wirnikami umieszczonymi śródosiowo, co oznacza, że jedno śmigło znajduje się tuż nad drugim i że obracają się przeciwbieżnie. Śmigła Ingenuity wirują z niezwykłą prędkością – 2400 obrotów na minutę, czyli osiem razy szybciej niż w helikopterach latających na Ziemi. Wybór takiego rozwiązania (to tzw. dwuwirnikowy śmigłowiec Kamowa) pozwolił bardzo zminimalizować gabaryty urządzenia i wyeliminować konieczność zastosowania małego wirnika tylnego helikoptera. Ingenuity właściwie nie ma przodu ani tyłu – to autonomiczny latający sześcian z dwoma przeciwbieżnymi śmigłami. Autonomiczny – oznacza, że lot musiał wykonać sam, bez kontroli i kierowania z Ziemi w czasie rzeczywistym, które są niemożliwe z racji dużego oddalenia naszej planety od Marsa i czasu, w jakim sygnał z Marsa do Ziemi i z Ziemi do Marsa może dotrzeć. Czyli helikopter był zdany całkowicie na siebie. Wszystko w związku z tym musiało działać jak w szwajcarskim zegarku, ponieważ jakakolwiek usterka czy błąd byłyby nie do naprawienia. Poza tym Ingenuity nie ma na pokładzie żadnych urządzeń badawczych poza dwiema kamerami. Jego start i lot w marsjańskiej atmosferze służył wyłącznie jednemu: przetestowaniu, czy takie urządzenie jak helikopter może unieść się i przelecieć jakiś dystans w atmosferze tej planety. No i teraz wiemy już, że może.

Śmiały pomysł inżynierów JPL

Trzeba też powiedzieć, że pomysł inżynierów z należącego do NASA Jet Propution Laboratory (JPL), by wysłać na Marsa helikopter, był naprawdę śmiały. Przed konstruktorami helikoptera stało mnóstwo problemów do rozwiązania. Pierwszy to uwzględnienie temperatur panujących na Marsie. W dzień na obszarach nasłonecznionych jest ona całkiem znośna, ale w nocy i na terenach stale zacienionych może spadać do –100 st. C. Helikopter musiał być więc całkowicie odporny na bardzo niską temperaturę. Drugim wyzwaniem było uwzględnienie bardzo rozrzedzonej (zaledwie 1 proc. gęstości ziemskiej) atmosfery Marsa. Takie warunki u nas panują dopiero na wysokości ponad 30 km nad Ziemią, ale tak wysoko helikoptery ziemskie oczywiście nie latają. Wreszcie trzecie zagadnienie stanowiła marsjańska grawitacja – równa jednej trzeciej ziemskiej. I tu też pojawiało się pytanie: jak urządzenie latające będzie się zachowywać przy tak małej sile przyciągania?

Inżynierowie prowadzący w komorze JPL’s Space Simulator testy helikoptera musieli zatem bardzo dokładnie odtworzyć warunki marsjańskie. Przede wszystkim nasycili testową komorę dominującym w atmosferze Marsa dwutlenkiem węgla i to w odpowiednim stężeniu, tworząc atmosferę o gęstości zbliżonej do tej panującej na Czerwonej Planecie. Wytworzyli też odpowiednią temperaturę. To nie było trudne. Znacznie kłopotliwsze okazało się uzyskanie słabej grawitacji. Wymyślono więc specjalny system częściowej niwelacji siły grawitacyjnej przez podłączenie do górnej części helikopterka, zasilanego silnikiem tzw. ściągacza linowego (lanyard), który w żeglarstwie nosi też nazwę „talrep”. Wywoływał on stałe i dokładnie kontrolowane podciąganie Ingenuity ku górze, co osłabiało efekty ziemskiej grawitacji. Testy na Ziemi się powiodły, a teraz widać, że helikopter sprawdził się i na Marsie.

Pierwszy lot helikoptera Ingenuity – co właśnie miało miejsce w kraterze Jezero na Marsie – powiódł się, dlatego kontrolerzy misji przeprowadzą wkrótce klika kolejnych startów (w sumie ma ich być pięć) w ciągu 30 marsjańskich dni, czyli soli. Ingenuity będzie się wówczas wznosił na wysokość od 3 do 5 m, oddalał od miejsca startu na kilkanaście lub nawet kilkadziesiąt (góra 50) m i wracał. Cały czas będzie w ścisłym kontakcie z łazikiem Perseverance. Wszystko to ma być bardzo dokładnie monitorowane, a później badane i sprawdzane, ale już teraz widać, że cała ta misja wygląda naprawdę bardzo obiecująco.

Ingenuity rozpoczął erę wiropłatowych misji kosmicznych

Do tej pory misje eksploracyjne Marsa in situ polegały na wysłaniu na jego powierzchnię rozmaitych łazików. Ale nawet w przypadku tych najbardziej zaawansowanych – jak Curiosity czy obecny Perseverance – możliwości pokonywania marsjańskiego terenu były i są mocno ograniczone, a pole eksploracji nieduże. Pojazdy terenowe nie potrafią pokonywać wielu przeszkód, poza tym ich prędkość poruszania się jest ograniczona. Tymczasem helikoptery będą czymś w rodzaju zwiadowców mogących obserwować niedostępne obszary – na przykład strome klify, jaskinie czy miejsca o dużym zróżnicowaniu terenowym, trudno dostępne lub wręcz niedostępne dla wszelkich łazików – i przekazywać na Ziemię lub członkom załóg wypraw marsjańskich dokładne informacje o tym, co tam się znajduje. Taki helikopter będzie nieoceniony, a jego obserwacje niezwykle pomocne podczas kolejnych marsjańskich misji. Również tych załogowych. Ale poza tym – co może jest najważniejsze – era wiropłatowych misji kosmicznych realizowanych w atmosferach innych planet lub księżyców – właśnie się rozpoczęła. Brawo NASA!

Start Ingenuity opóźniono i to dwukrotnie. Początkowo helikopter miał się wznieść w niedzielę (11 kwietnia) tuż przed północą amerykańskiego czasu EDT, potem – w środę (14 kwietnia) o tej samej porze. Wystąpiły jednak pewne problemy przy przeprowadzonym wcześniej, 9 kwietnia, teście szybkoobrotowych wirników helikoptera. Test zakończył się zbyt szybko, co zaalarmowało specjalistów z JPL. Potrzebna była korekta oprogramowania. Na szczęście problem udało się szybko rozwiązać i ostatecznie udany start nastąpił dzisiaj – w poniedziałek 19 kwietnia 2021 r. nad ranem.

Pod będącym źródłem jego energii panelem fotowoltaicznym umieszczonym u góry Ingenuity znajduje się znamienna pamiątka. Niewielki – wielkości znaczka pocztowego – fragment materiału z poszycia skrzydła samolotu Flyer I, czyli dokładnie tego, w którym bracia Wright w 1903 r. po raz pierwszy wznieśli się w powietrze. I sam helikopter Ingenuity, i ten skrawek poszycia pierwszego latającego samolotu na Ziemi pozostaną na Marsie już na zawsze.