Несмотря на трудности с программным обеспечением, первый вертолет, созданный для полетов за пределами Земли, успешно справился со всеми поставленными задачами. В связи с хорошим состоянием и эффективной работой опытного образца, специалисты NASA приняли решение о продлении миссии Ingenuity. Теперь перед ним стоит задача не только продемонстрировать возможность управляемого полета на винте в атмосфере другой планеты, но и обосновать научную ценность подобных аппаратов — показать, какую помощь, например, они могут оказать марсоходу Perseverance.
В пятницу, 30 апреля, примерно в шесть часов вечера по московскому времени (точнее, в 12:33 по местному солнечному времени в кратере Езеро на Марсе) Ingenuity выполнил очередной полет. Из-за ошибки в работе программного обеспечения дрона он состоялся на день позже запланированного — изначально инженеры Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) запланированный на четверг, 29 число, четвертый взлет не состоялся. По всей видимости, произошла та же самая проблема, которая ранее, 11 апреля, не позволила вертолету подняться в атмосферу Марса.
В этот момент было выявлено несоответствие контрольного таймера, из-за чего дрон не смог перейти из режима предполетной подготовки в полетный. Сотрудники JPL больше недели трудились над решением проблемы и разработали два способа нивелировать проблему. Один включал полную замену программного обеспечения Ingenuity на исправленную версию, а другой — небольшую модификацию отправляемых с Земли команд. В первом случае проблема бы устранялась полностью, однако это рискованный подход (во всех остальных режимах работы ПО показало себя отлично), требующий дополнительного времени на все необходимые проверки.
В связи с этим был выбран второй вариант, несмотря на то, что он сохранял небольшой риск повторения ошибки, связанной с таймером (в 15% случаев). Однако, отказ взлететь из-за программного сбоя и, соответственно, угроза дальнейшей эксплуатации вертолета отсутствовали. По всей видимости (в NASA пока не уточняют деталей) 29 числа таймер опять выдал сбой и полет перенесли на следующий день. В пятницу Ingenuity исправно поднялся в воздух, выполнил всю программу полета и вернулся обратно на своеобразный аэродром, получивший имя братьев Райт. Именно план этого полета и представляет наибольший интерес — от его результатов зависит дальнейшая судьба дрона.
Успех миссии
Прежде всего, следует отметить результаты предварительного анализа эксплуатации демонстрационного образца технологии механизированного полета на Марсе — дрона Ingenuity, — уже подведены. Еще пару дней назад JPL опубликовала на сайте Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США статью с говорящим названием «Цели достигнуты, NASA намерено расширить границы возможного с помощью Ingenuity». Фактически, в ней Дэйв Лэвери (Dave Lavery) и Мими Аунг (MiMi Aung), по словам руководителей миссии марсианского вертолета, она полностью оправдала возложенные на нее ожидания.
Перед инженерами JPL стояло три задачи: доказать возможность управляемого механизированного полета в атмосфере Марса, взлететь на Красной планете и собрать все необходимые технические данные для дальнейшей разработки подобных аппаратов в будущем. Первую цель они достигли еще шесть лет назад в гигантской вакуумной камере, вторую — 19 апреля. Когда опоры Ingenuity коснулись марсианского песка в конце третьего полета и последняя задача была выполнена.
Как оба инженера отметили в ходе брифинга в пятницу, на деле данных оказалось намного больше, чем ожидалось. При этом, по итогам третьего полета и техническое состояние марсианского вертолета оказалось лучше ожидаемого. Именно из-за невероятной производительности Ingenuity миссию решили продлить. Но кроме впечатляющих результатов эксперимента с дроном, для этого еще должны были «сойтись звезды» над головами команды Perseverance и руководства всего проекта Mars 2020. Неожиданно, «изобретательный» вертолет оказался удачливым.
Все получилось так хорошо, что возникли проблемы
Изначально у Ingenuity было 30 солов (марсианских суток) на выполнение всех поставленных перед ним задач. Время ограничивалось по двум причинам. Во-первых, первый марсианский вертолет — лишь демонстратор технологий и при его создании большой запас прочности не закладывался. Главное, чтобы хоть раз взлетел, а что будет потом — неважно (потому что в успехе миссии вообще никакой уверенности не было). Поэтому в конструкции дрона использовалось много компонентов из потребительской электроники, не рассчитанных на суровые условия эксплуатации.
А во-вторых, у Perseverance есть и своя программа работы. Да, за этот месяц он проверил почти все инструменты на борту и даже провел несколько самостоятельных экспериментов — например, впервые получил кислород из марсианской атмосферы. Но в целом, пока испытывается вертолет, ровер почти буквально связан по рукам и ногам. Чтобы не вносить помехи в сигнал он вынужден не двигаться сам и не шевелить манипулятором. Для контроля полетов со стороны используются его камеры, а для передачи данных — его антенны. В итоге, 30 солов подряд марсоход не делает почти ничего полезного для собственной миссии.
Начиная с первой недели мая команда Perseverance планировала сфокусироваться на своих научных задачах и наконец отвлечься от Ingenuity. Фактически, в этот момент вертолет должен был быть доставлен. Однако, к удивлению, он проработал лучше, чем предполагалось, и не проявляет признаков неисправности — данные телеметрии свидетельствуют о том, что, несмотря на кажущуюся хрупкость конструкции, дрон находится в отличном состоянии. Это создает противоречие: с одной стороны, первостепенное значение имеет миссия марсохода, которая предполагает поиск признаков древней жизни на Марсе и сбор образцов грунта, а с другой — невозможно просто утилизировать полностью функционирующее оборудование, стоимость которого составляет около 90 миллионов долларов.
Продление миссии
Предложенный компромисс определяет формат новой фазы испытаний Ingenuity стал возможен сразу по двум причинам. В первую очередь, среди неожиданных приятных сюрпризов для инженеров NASA оказалось качество связи между двумя роботами на поверхности Марса. Фактическое соотношение сигнал-шум существенно лучше, чем предсказывали расчеты, так что вертолет сможет улетать от ровера гораздо дальше первоначальных планов. По словам главного инженера марсианского вертолета Боба Баларама ( Bob Balaram), максимальное расстояние, на котором можно обеспечить надежную передачу данных со скоростью около 100 килобит в секунду, превышает километр.
Основным техническим фактором, препятствующим увеличению срока службы, является расстояние Ingenuity. Perseverance, благодаря использованию современного программного обеспечения и камер, он перемещается значительно быстрее, чем его предшественник — Curiosity. Таким образом, ему необходимо было покинуть вертолет в столь короткие сроки и на такое расстояние, чтобы потерять с ним связь.
Вдобавок к этому, Ingenuity спас непредвиденный интерес геологов к области посадки миссии Mars 2020. Изучая тысячи снимков, сделанных ровером за первые полтора месяца пребывания на Марсе, ученые выявили большое количество объектов, представляющих интерес для дальнейшего исследования. На их изучение потребуется около ста оборотов планеты, в течение которых Perseverance будет перемещаться в пределах ограниченной области максимальной протяженностью около полутора километров. А учитывая более высокое, чем ожидалось, качество связи, это означает, что Ingenuity сможет передавать данные и получать команды с Земли.
Марсианский вертолет переходит на новый этап своего существования получил название «Фаза демонстрационной эксплуатации» (Operations demonstration phase). А предыдущая, соответственно, являлась «фазой технологической демонстрации» ( Technology demonstration phase). Переход между ними осуществлен в ходе четвертого и пятого полетов. В пятницу Ingenuity не просто поставил очередной рекорд дальности горизонтального перемещения (266 метров), но и сделал 65 снимков своими камерами. Это больше, чем во всех предыдущих полетах. Из них пять цветных, а остальные монохромные, с навигационных камер.
Несмотря на стандартную процедуру, инженеры запрограммировали вертолет не удалять, а сохранить технологические изображения (шесть десятков монохромных кадров). Эти изображения будут использованы для создания трехмерной карты местности. Позднее ее дополнят пятью цветными снимками, а также выберут новый аэродром – максимально ровную площадку. На эту площадку вертолет переберется для выполнения пятого полета, который впервые будет включать перемещение между двумя точками с промежуточной посадкой, а не полет туда-обратно.
Данная процедура обеспечит переход между двумя этапами, и с ее помощью инженеры JPL покажут, что может летающий аппарат сделать лишь благодаря своим камерам. По итогам пятого рейса, уже на новой посадочной площадке, состояние Ingenuity снова всесторонне проверят и примут решение, что делать дальше. Возможно, вертолет заглянет за расположенные неподалеку дюны, куда роверу путь заказан — слишком велик риск увязнуть в песке. Или дрон проведет разведку скалистых участков с воздуха. Вариантов множество и все они могут быть невероятно полезны с научной точки зрения. Но есть парочка «но».
Ограничения
Как ни прискорбно это признавать, но Ingenuity может отказать в любой момент. Баларама отмечает, что, несмотря на положительные показатели телеметрии, вертолет имеет значительный риск выйти из строя каждую секунду, проведенную на Марсе. Невозможно заранее определить, когда и какая из его деталей не сможет противостоять экстремальным колебаниям температуры. И даже если он проработает дольше ожидаемого, после августа его все равно прекратят эксплуатировать — Perseverance начнет перемещаться быстрее и дрон даже с учетом хорошей связи за ним не поспеет.
Текущие планы предусматривают, что Operations demonstration phase продлится следующие 30 дней после пятого полета. Когда он произойдет еще не объявлялось, но, скорее всего, не позднее конца следующей недели. Кроме того, в ходе расширенной миссии фотографий вертолета со стороны будет меньше, а видео можно и вовсе не ждать. Ресурсы ровера направят на основные задачи его мисиии и поддержка Ingenuity со стороны Perseverance ограничится только передачей данных. Наконец, чтобы не перегружать марсоход лишней работой и не отвлекать его команду инженеров JPL, в связи с этим, частота полетов дрона также будет ограничена. Их планируется проводить не чаще одного раза в две-три недели (то есть не более двух за 30 солов новой фазы).
В заключение не хочется унывать, поэтому будем смотреть в будущее с оптимизмом. Впереди у Ingenuity есть время, чтобы неоднократно превзойти все ожидания — целых три с лишним месяца, более чем втрое дольше, чем срок, на который он был рассчитан. И это далеко не первый раз, когда творения JPL служат гораздо дольше, чем должны были, вспомнить хотя бы программу Mars Exploration Rovers. Малыши Spirit и Opportynity прилетели на Красную планету, чтобы изучать ее 90 солов, а в итоге успешно отработали годы.
Несмотря на опасения инженеров, первый вертолет, созданный для работы за пределами Земли, вероятно, продемонстрирует еще множество возможностей. Те, кто интересуется сложными техническими деталями, смогут изучить публикацией JPL о том, какие знания человечество получило из полетов Ingenuity. Или полностью посмотреть брифинг NASA, в статье, посвященной переходу марсианского вертолета в новую фазу эксплуатации, авторы рассказывают о множестве нюансов, возникших в процессе его работы.