Nasa-ingeniør: Mars-helikopter vil fundamentalt ændre måden, vi udforsker planeter på
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Nasa-ingeniør: Mars-helikopter vil fundamentalt ændre måden, vi udforsker planeter på

Sådan forestiller videnskabsmændene og ingeniørerne sig, at det ser ud, når helikopteren flyver hen over Mars' overflade Illustration: NASA

Når Nasa – efter planen – sender en splinterny Mars-rover afsted på geologi-mission med en Atlas V 541 i juli 2020, vil der være en ekstra passager med om bord.

Under Mars 2020-roveren vil der nemlig være gjort plads til en sammenfoldet helikopter, som skal testes for aller første gang på den røde planet – og hvis alt går efter planen, kan det være begyndelsen til en helt ny æra for planetudforskning.

Det fortæller Dave Lavery, programleder for Solar System Exploration ved Nasas hovedkvarter i Washington D.C.

Han gæstede i forrige uge København for at deltage i Dansk Erhvervs årsdag, og i den forbindelse fik vi mulighed for at tale med ham om det særlige fartøj, han har ansvaret for.

Dave Lavery er leder af helikopterprogrammet og gæstede i sidste uge København. Dette er et foto fra en tidligere event. Illustration: NASA

»Helikoptere har et enormt potentiale. Sojourner var den første rover på Mars i 1997, og den ændrede fundamentalt den måde, vi kunne udføre planetforskning på. Vi så, at mobilitet var ekstremt vigtigt, og nu ville vi ikke længere slå os til tåls med en lander, som stod på ét sted og kiggede rundt,« siger han og fortsætter:

»På næsten alle missioner herefter har vi haft en rover med, og vi tror, at denne helikopter har potentialet til at ændre udforskningen på samme måde, som Sojourner gjorde. Vi tilføjer en ekstra dimension i kraft af flyvningen, hvilket betyder, at vi kan få adgang til steder, vi ikke har kunnet før,« fortæller Dave Lavery, som har været med på robotholdene lige siden Pathfinder og Sojourner.

Læs også: Rumfart: 12 store begivenheder vi holder øje med i 2018

Blot 20 mand har udviklet helikopteren

Hvor rover-holdet i Mars 2020-missionen holder ca. 6.000 ingeniører og videnskabsmænd beskæftiget i større eller mindre grad, består helikopterholdet af blot 20 mand, hovedsageligt ingeniører, som har puslet med forskellige designs de seneste fem år som en sammentømret enhed.

»Vi kalder det vores 'skunkworks-projekt', og niveauet af bureaukrati er holdt helt i bund. Alle er meget begejstrede for at være med, for det er noget, ingen har gjort før, og det er altid spændende at være involveret i noget 'first of ...'. Det bliver som at launche et af mine børn,« siger Dave Lavery med et stort smil.

For selv om tanken om en helikopter, eller drone om man vil, på Mars ikke er ny, er det først inden for de seneste par år, at materialer og elektronik er blevet så udviklet, at det rent faktisk har kunnet ladet sig gøre, fortæller han videre.

Selv om Mars' svage tyngdekraft gør det nemmere at lette fra overfladen, modarbejder den tynde atmosfære stabiliteten i flyvningen.

Atmosfæren på Mars er kun ca. 1 procent af den på Jorden, og derfor skal helikopteren helst ikke veje for meget – højst to kg. Samtidig skal den være lille nok til at kunne gemmes væk under roveren uden at forstyrre noget, hvilket gav mulighed for 1,21 meter i diameter i udfoldet tilstand.

Læs også: ’Simpel’ løsning skal bringe sten og jordprøver hjem fra Mars hurtigst muligt

Udfordring at gøre elektronikken lille nok

I denne lille enhed skal der som minimum være plads til batteri, kommunikationssystem, kontrolsystem, solceller til opladning, kameraer til at orientere sig med samt et varmeapparat, så elektronikken kan ligge lunt i de kolde Mars-nætter, hvor temperaturen snildt kan ligge på 100 minusgrader Celcius.

»Vi har snakket om en helikopter i mange år, men først inden for de seneste fem år har vi kunnet gå i gang og bygge prototyper,« fortæller Dave Lavery.

Som ved næsten al anden mobil elektronik var pakken med lithium-ion-batterierne den største udfordring. Selv om helikopteren ikke skulle tilbagelægge lange distancer over længere tid, skulle den alligevel kunne klare at blive godt presset.

For at holde sig oppe, skal rotorbladene nemlig piske rundt med 3.000 rpm i stedet for de 400 rpm, som ville have været nok på Jorden, fortæller Dave Lavery.

Desuden skulle der mange sæt rotorblade gennem udviklingen, fordi det gængse design på helikoptere og droner ikke ville fungere på Mars.

Læs også: Dansk bidrag til Mars-mission reddet på målstregen

Rotorbladene skulle have helt nyt design

Gennem de fem år, Dave Laverys helikopter-team har arbejdet på teknologien, er der blevet tegnet mange skitser og bygget flere prototyper, men nu er den endelige udgave også ved at være klar.

»Det virker som en uendelig række af designs, vi har været igennem, men vi vidste fra begyndelsen, at vi måtte ændre formen på rotorbladene betragteligt. De skulle være tykkere og længere. Til sidst fandt vi et sweet spot, hvor det hele hang sammen,« fortæller han.

Testene er foregået på Nasas Jet Propulsion Laboratory i Californien, hvor de kunne simulere Mars-miljøet, som helikopteren vil være udsat for. Både hvad angår tyngdekraft, sammensætningen af atmosfæren ved overfladen samt vejrfænomener.

Første test ved Mars-tryk blev udført for et års tid siden, hvor holdet bare skulle tjekke, om de overhovedet kunne få helikopteren til at løfte sig. Senere blev testene mere udfordrende, for eksempel ved også at simulere de krydsvinde, som kunne risikere at kaste sig ind på helikopteren.

Dog er der kun lagt op til flyvninger i mildere vejr, fremgår det af en artikel, udgivet af helikoptergruppen i 2017.

»Vi viste ved de sidste test i december 2017, at vi kunne holde den endelige konfiguration oppe ved Mars-tryk og Mars-gas. Dét var meget spændende,« understreger Dave Lavery.

Læs også: Niels Bohr-forskere skal kalibrere rover-billeder på Mars i 2020

Har fem forprogrammerede flyvninger

Når Mars 2020-roveren ankommer til Mars i februar 2021, vil helikopteren være foldet sammen og placeret under roveren. Den vil ikke få nogen dedikerede opgaver – den slags er endnu forbeholdt garvede fartøjer som rovere – men den skal tjene som proof-of-concept på, at helikoptere har en rolle at spille, når det kommer til planetudforskning.

Tidligt i missionen, når og hvis roveren står på et godt sted, vil helikopteren blive sat af, hvorefter roveren ruller 50-100 meter væk fra den. På den måde har den stadig udsyn til at tage billeder af helikopteren, men er så langt væk, at der er rigeligt med plads til, at helikopteren kan folde sig ud – og til at roveren ikke kommer til skade.

Herpå vil solcellerne lade batterierne op, en række testprogrammer vil blive kørt, og når holdet på Jorden trykker 'go', bliver den første af fem præprogrammerede manøvrer sat i gang for at efterprøve de gode resultater fra testkammeret over en 30 dages periode.

Første tur bliver en ganske hurtig 15-20 sekunders tur ti meter op i luften for at tjekke, om den kan blive hængende, men på grund af afstanden til Jorden vil ingeniørerne først flere minutter senere vide, om den stadig er i ét stykke efter landingen.

Læs også: Plutoniummangel truer stadig Nasas fremtidige rummissioner

Helikopteren skal presses

Overlever den første flyvning, bliver den sat i gang med en lidt sværere anden opgave: at blive hængende i over et halvt minut og prøve at flyve lidt til siden. Og således bliver den sendt længere og længere væk på ture af op til tre minutters varighed. Er den stadig i ét stykke, vil helikopterholdet se på, om den skal have flere opgaver.

»Ideen er, at helikoptere skal bruges til kortere ture. Hver tur skal måske dække et område svarende til, hvad en rover kan tilbagelægge på en dag, så det passer med, at den kan flyve i forvejen og spejde efter gode ruter til roveren,« fortæller Dave Lavery.

Bliver helikopteren så stor en succes, at der kan blive tale om flere helikoptere på kommende Mars-missioner, ser han masser af muligheder for dem.

Udover at finde gode ruter for roverne kunne de flyve til områder med et for udfordrende terræn for rovere, evt. medbringende sensorer eller andet videnskabeligt udstyr, som de kan dumpe i området. For med det rette design behøver helikopteren såmænd ikke lande derude, men kan bare smide udstyret ned.

Læs også: Nasa bygger endnu en Mars-bil

Vil overgå Wright-brødrene

Og i sidste ende kan det blive sådan, at helikopterne får deres helt egne missioner – uden rovere.

»På længere sigt kan de måske samle prøver ind selv og levere dem til en lander, der har et laboratorium ombord. Vi tænker, at det er teknisk muligt at sende helikoptere op, som vejer 10-20 kg, så der er plads til videnskabelige instrumenter, men vi må hellere lige få data hjem fra første flyvning først,« siger han videre om fremtidsdrømmene, som også inkluderer et spinoff til droneteknologierne på Jorden.

»Vi tror, at nogle af de kontrolregler, vi har skrevet til helikopteren, også kan gøre autonome droner på Jorden mere effektive. De kan måske også blive lettere og få anderledes bøjede blade, så de holder batteri længere,« siger han.

Ender helikopteren med at ramme Mars-overfladen med et brag på første flyvning, kan det være, de store drømme bliver nedjusteret en smule, men Dave Lavery understreger, at der også i det tilfælde vil være noget at lære.

»Går den i stykker undervejs, er det også værdifuld viden, for så kender vi grænserne. Men altså – Wright-brødrene fløj kun otte sekunder første gang, så hvis vi kan slå det, har vi nået vores mål,« siger han med et grin.

Læs meget mere om gruppens arbejde med Mars-helikopteren i deres artikel fra 2017.

Testene er foregået på Nasas Jet Propulsion Laboratory i Californien, hvor de kunne simulere Mars-miljøet, som helikopteren vil være udsat for. Både hvad angår tyngdekraft, sammensætningen af atmosfæren ved overfladen samt vejrfænomener.

Jeg kan forstå, hvordan man kan lave lavt tryk, kulde og sandstorm, men hvordan tester de med Mars tyngekraft? Har de et samarbejde med Area 51?

  • 3
  • 0

men hvordan tester de med Mars tyngekraft?


Ja, man kan jo nok ikke bruge en "åben luftpude" hvis man samtidigt skal simulerer den tynde luft, som er et resultat af den lave tyngdekraft.
Men en lukket "luftpude" i form af en slags cylinder/aktuator som trykker eller trækker med tilsvarende kraft så vi ender på ca. 1/3 af vores tyngdekraft som svare til mars tyngdekraft.
Tryk og træk i forhold til om aktuator er placeret over eller under test objekt.

Helt tilsvarende andre vægt-løse anordninger skabt med pneumatiske udstyr.

Helt simplet kunne det klares med en fjeder lige som dem der presser bakker op i kantinen, så der altid er en bakke i ret højde.
Denne metode vil nok være meget upræcis.

Det er vel kun løfteevne/glidetal der skal verificeres i forhold til blade?

Styreegenskaber er nok svære at simulerer her på Jorden og måske derfor han slutter af med følgende:

»Går den i stykker undervejs, er det også værdifuld viden, for så kender vi grænserne. Men altså – Wright-brødrene fløj kun otte sekunder første gang, så hvis vi kan slå det, har vi nået vores mål,« siger han med et grin.

  • 0
  • 0