Ingenuity: volo controllato su Marte

La performance di Ingenuity ha superato le aspettative: su Marte si può effettuare il volo controllato. Non era un problema banale da porsi: l’atmosfera marziana è così poco densa che Ingenuity doveva essere in grado di volare in condizioni mai viste prima sulla Terra. Almeno finché gli ingegneri Nasa non le hanno ricreate nel laboratorio di test del primo elicottero marziano mai costruito.

In questo articolo:

Siamo al quarto volo di Ingenuity

Lo scorso venerdì 30 aprile 2021 la squadra di tecnici Nasa che controlla Ingenuity ha dato l’ok per il suo quarto volo di prova. L’elicottero marziano, il primo strumento a dimostrare la possibilità di volo controllato su un pianeta diverso dalla Terra ha i suoi nuovi record personali. 117 secondi di volo a 5 metri di altezza dal suolo marziano per 266 metri complessivi.

Su Marte si vola!

Il terzo volo di Ingenuity, visto dal rover Perseverance, del 25 aprile. L’elicottero esce a destra dall’inquadratura nel suo spostamento di 50 metri per poi rientrare dopo qualche secondo e atterrare nel punto di partenza.

Non era un dubbio dalla risposta banale. Con un’atmosfera densa solo l’1% di quella terrestre, non si poteva essere sicuri a priori di poter costruire un velivolo che avesse anche solo la capacità di alzarsi in volo. Figurarsi di poter effettuare voli perfettamente controllati.

Gli ingegneri Nasa hanno cominciato a sentirsi fiduciosi sei anni fa, quando hanno testato con successo Ingenuity in laboratorio. Uno spazio di circa 7 metri e mezzo di diametro ricreato con condizioni quanto più simili possibili a quelle che il piccolo drone avrebbe dovuto affrontare su Marte.

Al minuto 2:30, il test in ambiente ricreato per essere simile a quello marziano al Jet Propulsion Laboratory della Nasa.

Dopo le prime caute mosse da parte della squadra Nasa, i controlli, i rinvii, il software da aggiornare, le aspettative crescenti di tutti noi che aspettavamo l’evento, finalmente Ingenuity ha volato per la prima volta il 19 aprile: 40 secondi di volo per alzarsi sino a due metri e poi ridepositarsi gentilmente sulla superficie del pianeta.
Con questo un altro tassello è consegnato alla storia del volo e dell’esplorazione spaziale.

Insomma, un piccolo volo per un drone, un grande balzo in avanti per l’umanità, si potrebbe dire parafrasando Neil Armstrong!

Un selfie scattato il 6 aprile da Perseverance con Ingenuity a 3,9 metri di distanza sullo sfondo.

Ingenuity ha superato le aspettative

Già al suo terzo volo, avvenuto lo scorso 25 aprile, Ingenuity aveva superato la velocità massima raggiunta durante i test in laboratorio, spostandosi a 2 metri al secondo. Ok, non è una scheggia, ha la velocità di una camminata veloce di un umano in città, ma non deve nemmeno partecipare ad una gara di velocità interplanetaria per droni, quindi siamo felici così.

L’unico obiettivo di Ingenuity era dimostrare che siamo in grado di controllare il volo su Marte. La sua era una missione di technology demonstration, tech demo abbreviando, cioè doveva solo permettere la verifica ingegneristica dei sistemi di volo, hardware e software.

Le prime informazioni che i tecnici Nasa hanno a disposizione sono i dati telemetrici presi durante il volo. È da grafici come questi che si capisce subito se il volo è come ci si aspettava o se qualcosa è andato storto.
L’immagine è uno screenshot dell’ultima conferenza stampa Nasa.

Un paio di voli sono bastati a confermare agli ingegneri che l’hanno immaginato, progettato e costruito che le loro previsioni erano corrette.
Anzi, come fa sapere con il suo solito entusiasmo MiMi Aung, Ingenuity Project Manager, i dati che Ingenuity ha raccolto e trasmesso durante i suoi voli sono talmente in linea con quanto si era previsto in laboratorio che non c’è nemmeno da aggiustare i modelli calcolati!

Gli ingegneri erano pronti a inserire nuovi parametri nei modelli e affinare le tecniche di volo e invece no: funziona tutto come previsto. Meraviglie della scienza e della tecnica!

Da tech demo a op demo

Con tutti gli obiettivi della missione tech demo raggiunti e superati brillantemente, adesso la Nasa ha a disposizione un elicotterino su Marte, poco distante dalla missione appena avviata del nuovo rover Perseverance. L’occasione è ghiottissima: come si può sfruttare?

Il carico di Ingenuity è stato ridotto all’osso perché l’obiettivo non era produrre scienza, ma solo testare la possibilità del volo controllato. In un’atmosfera pochissimo densa, il peso era un limite importante da prendere in considerazione. Ingenuity pesa solo 1,8 chilogrammi.

Il capo ingegnere Bob Balaram racconta quasi divertito di come abbia dovuto lottare con la project manager Aung per poter installare almeno una fotocamera a colori! Ogni grammo in più poteva pregiudicare la riuscita della missione. D’altra parte alzarsi in volo su Marte senza la possibilità di rubare qualche foto a colori era impensabile.

La navcam, navigation camera, utile ad avere informazioni durante il volo è da 0,5 megapixel e in bianco e nero: punta direttamente verso il basso rispetto a Ingenuity. La fotocamera a colori è da 13 megapixel e punta un po’ in diagonale, per fotografare panorami più ampi.

Non ci sono altri strumenti scientifici a bordo, ma Ingenuity può effettivamente fotografare Marte da una quota che finora non era accessibile all’esplorazione spaziale: solo pochi metri sopra la superficie rossa.

È di un paio di giorni l’annuncio che, terminata con successo la fase tech demo, Ingenuity può passare ad una fase 2 nella sua vocazione apripista: l’operation demo.

Il sesto volo segnerà il passaggio tra la fase di dimostrazione puramente tecnologica, legata alla capacità di volare, alla fase di dimostrazione operativa. A Ingenuity sarà richiesto di sorvolare la regione poco distane dal rover Perseverance alla ricerca di siti interessanti per la sua missione scientifica e spingersi oltre, verso siti che al rover sarebbero inaccessibili.

La missione Ingenuity è prolungata dunque di 30 giorni marziani (che si chiamano “sol” e durano 24 ore 39 minuti). In questo mese le sue capacità saranno stiracchiate fino ai limiti studiati in fase di costruzione e anche oltre, per imparare tutto il possibile del volo su Marte.

Una piccola pietra angolare volante

«Da milioni di miglia di distanza, Ingenuity ha superato tutte le prove tecniche che avevamo previsto alla Nasa sulla possibilità di un volo a motore e controllato sul Pianeta Rosso», ha dichiarato Lori Glaze, direttrice della Planetary Science Division della Nasa. «Le future missioni di esplorazione di Marte possono ora considerare con sicurezza la capacità aggiuntiva che un’esplorazione aerea può apportare a una missione scientifica».

E quelle della direttrice Glaze non sono parole che rimandano ad una ipotetica necessità. C’è già una missione alle sue prime fasi che vuole ritentare il volo controllato. Si tratta di Dragonfly, drone a 8 rotori sotto studio per una missione su Titano, principale satellite del pianeta Saturno. Il suo lancio è previsto per il 2026 e l’arrivo per il 2034.

“Trailer” della missione Dragonfly verso Titano.

Dragonfly affronterà condizioni totalmente diverse da Ingenuity: l’atmosfera titaniana è 4 volte più densa di quella terrestre e la pressione in superficie è un 50% in più rispetto alla pressione sulla superficie terrestre.

Nonostante questo le due squadre, quella di Ingenuity e quella di Dragonfly, sono da tempo in contatto per condividere idee, progetti e ricerche sul volo controllato oltre la Terra. E adesso, finalmente, possono condividere i dati ottenuti sul campo.

Una curiosità, mia proprio

Da anni ho il piacere di progettare e condurre laboratori di programmazione di droni per ragazzi e ragazze. A loro chiedo sempre la differenza tra elicottero e drone e la risposta che fornisco io è che gli elicotteri hanno piloti a bordo che li guidano, i droni no. Ho fatto quello che tutti noi facciamo quando abbiamo un dubbio rapido: sono andata a vedere cosa dice Wikipedia. I droni li si chiama anche con sigle come UAV (Unmanned aerial vehicle, Veicolo aereo senza pilota) o RPV (Remotely piloted vehicle, Veicolo aereo pilotato dalla distanza).

Adesso il drone della Nasa su Marte si chiama elicottero: la cosa mi destabilizza. Perché si chiama elicottero?

La risposta è in una delle numerose conferenze stampa rilasciate dalla Nasa. Semplicemente non volevano dare l’impressione che Ingenuity fosse un drone pronto all’uso di quelli che si comprano ormai anche nei supermercati più forniti. Ingenuity è ovviamente un pezzo di tecnologia costruito apposta per rispondere a condizioni che umanamente facciamo anche solo fatica a immaginare, aliene – è il caso di dirlo. Certo che non è il drone-giocattolo che usiamo durante i laboratori che faccio io, ad esempio!

Quindi la risposta è che Ingenuity è un drone, tecnicamente. Si chiama Mars Helicopter per ragioni di… comunicazione. 😉


Tutte le immagini e i video (copertina inclusa) sono Nasa.


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