NASA: n jet-propulsiolaboratorio ilmoitti äskettäin kehittelevänsä pientä drone-helikopteria etsimään tietä tuleville Marsin rovereille. Miksi Marsin roverit tarvitsevat tällaisen robottiohjeen? Vastaus on, että ajaminen Marsilla on todella vaikeaa.
Täällä maan päällä robottit, jotka etsivät vulkaanisia vanteita tai auttavat pelastajia, voidaan ajaa kaukosäätimellä ohjaussauvalla. Tämä johtuu siitä, että radiosignaalit saavuttavat robotin ohjauskeskuksesta melkein heti. Kuulla ajaminen ei ole paljon vaikeampaa. Valon nopeudella kulkevat radiosignaalit vievät noin kaksi ja puoli sekuntia edestakaisen matkan toteuttamiseen kuuun ja takaisin. Tämä viive ei ole tarpeeksi pitkä häiritsemään vakavasti kaukosäätimen ajoa. 1970-luvulla Neuvostoliiton valvojat ajoivat Lunokhod-kuun kuljettajia tällä tavalla tutkimalla menestyksekkäästi yli 40 km kuun maastoa.
Ajo Marsilla on paljon vaikeampaa, koska se on paljon kauempana. Riippuen sen sijainnista maan suhteen, signaalit voivat viedä 8 - 42 minuuttia edestakaiseen matkaan. Esiohjelmoidut ohjeet on lähetettävä roverille, jonka se sitten suorittaa yksin. Jokainen marsilainen ajomatka kestää tunteja huolellista suunnittelua. Suunnittelijat tarkastavat huolellisesti roverin navigointikameroiden ottamia stereokuvia. Marsilta kiertävät avaruusalukset tarjoavat joskus lisätietoja.
Rover voidaan ohjelmoida joko suorittamaan yksinkertaisesti luettelo Maan lähettämistä ajo-komennoista, tai se voi käyttää navigointikameroidensa ottamia ja bortitietokoneiden käsittelemiä kuvia mitata nopeutta ja havaita esteet tai vaarat itse. Se voi jopa piirtää oman turvallisen polunsa määriteltyyn tavoitteeseen. Maan ohjeiden perusteella ajavat ovat nopeimpia.
Mars Exploration Roversin henki ja mahdollisuus voisivat ajaa jopa 124 metriä tunnissa tällä tavalla. Tämä vastaa suunnilleen amerikkalaisen jalkapallokentän pituutta. Mutta tämä tila oli myös vähiten turvallinen.
Kun rover opastaa aktiivisesti kameroidensa kanssa, eteneminen on turvallisempaa, mutta paljon hitaampaa kaikkien tarvittavien kuvankäsittelyjen vuoksi. Se voi edistyä vain 10 metrillä tunnissa, mikä on suunnilleen etäisyys maalilinjasta 10 jaardilinjaan amerikkalaisella jalkapallokentällä. Tätä menetelmää on käytettävä aina, kun roverilla ei ole selkeää näkymää eteenpäin kulkevalle reitille, mikä usein johtuu karheasta ja mäkisestä maastosta.
Vuodesta 2015 lähtien kauimpana Curiosity on ajannut yhdessä päivässä, on 144 metriä. Opportunitysen pisin päivittäinen ajomatka oli 224 metriä, joka oli kahden amerikkalaisen jalkapallokentän pituus.
Jos maanpäälliköt voisivat saada paremman kuvan edessä olevasta reitistä, he voisivat laatia ohjeita, joiden avulla tulevaisuuden rover voi ajaa turvallisesti paljon enemmän päivässä.
Sieltä tulee ajatus drone-helikopterista. Helikopteri voisi lentää joka päivä roverin edessä. Antennistaan tehdyt kuvat olisivat arvokkaita maanpäälliköille tieteellisesti kiinnostavien kohtien tunnistamisessa ja ajoreittien suunnittelussa sinne pääsemiseksi.
Helikopterin lentäminen Marsille on erityisiä haasteita. Yksi etu on, että Marsin painovoima on vain 38% yhtä vahva kuin maan, joten helikopterin ei tarvitse tuottaa yhtä paljon hissiä kuin yksi sama massa maan päällä. Helikopterin potkurin lavat tuottavat nostoa työntämällä ilmaa alaspäin. Tätä on vaikeampaa tehdä Marsilla kuin maan päällä, koska Marsin ilmapiiri on sata kertaa ohuempi. Riittävän ilman siirtämiseksi potkurin siipien on pyöritettävä nopeasti tai oltava erittäin suuria.
Kopterin on kyettävä lentämään yksinään, käyttämällä aikaisempia ohjeita, pitäen vakaa lento ennalta määritellyllä reitillä. Sen on laskeuduttava ja poistuttava toistuvasti kivisella marsilaisella maastolla. Lopuksi sen on kyettävä selviytymään Marsin ankarissa olosuhteissa, joissa lämpötila laskee 100 yh Fahrenheit asteeseen tai matalampi joka yö.
JPL-insinöörit suunnittelivat kopterin, jonka paino oli 1 kilo; pieni osa Curiosity-roverin 900 kg: n massasta. Sen potkurin lavat ulottuvat 1,1 metrin päässä terän kärjestä terän kärkeen ja pystyvät pyörimään nopeudella 3400 kierrosta minuutissa. Runko on noin kudosrasian kokoinen.
Kopteri on aurinkovoimainen, ja aurinkokennojen levy kerää tarpeeksi virtaa päivittäin kahden tai kolmen minuutin lennon virittämiseksi ja ajoneuvon lämmittämiseksi yöllä. Se voi lentää noin puoli kilometriä tuona aikana, keräämällä kuvia siirtämistä varten maan hallintaan sellaisenaan. Insinöörit odottavat, että drone-kopterin keräämä tiedustelu on arvokasta suunniteltaessa roverin asemia, kolminkertaistamalla päivässä ajettavan matkan.
Viitteet ja lisälukemat:
Kiitos NASA: n Jet Propulsion -laboratorion Mark Maimonelle tiedosta uteliaisuuden ja mahdollisuuden päivittäisistä ajomatkoista.
J. J. Biesiadecki, P. C. Leger ja M. W. Maimone (2007), ”suunnatun ja itsenäisen ajon välinen vaihto Marsin tutkimusmatkailijoille”, The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, Opportunity Mars -matkailija kulkee 41 km: n päässä kohti Marathon Valleyä, Space Magazine, joulukuu 2014.
T. Reyes, Uskomaton matka, Mars Curiosity -reitti saavuttaa Mount Sharpin tukikohdan. Space Magazine, syyskuu 2014.
Helikopteri voi olla “partiolainen” Marsin rovereille. NASA Jet Propulsion Laboratory -lehdistötiedote. 22. tammikuuta 2015.
Hullu tekniikka: Mars helikopteri. NASA: n suihkumoottorin laboratorion video.
Curiosity - Mars Science Laboratory, NASA.
Mars - Future rover -suunnitelmat. NASA
