NASA-helikopter Ingenuity maakt succesvolle eerste vlucht op Mars

Mars-helikopter Ingenuity heeft zijn eerste proefvlucht succesvol voltooid. De kleine helikopter steeg volgens planning op tot een hoogte van drie meter en bleef veertig seconden zweven. De NASA gaat een maand lang tests uitvoeren met Ingenuity.

Ingenuity heeft tijdens zijn testvlucht een zwart-witfoto gemaakt. Daarop is de schaduw van de helikopter te zien, terwijl die boven het Marsoppervlak zweeft. De camera is een hulpmiddel voor navigatie; aan de hand van een opgeslagen database van het planeetoppervlak en beeldherkenning kan Ingenuity navigeren.

Marsrover Perseverance, die Ingenuity naar de rode planeet heeft gebracht, heeft beelden gemaakt van de testvlucht van de helikopter. Ruimtevaartorganisatie NASA deelt daarvan een gifje op Twitter. De beelden in hoge resolutie zijn nog niet ontvangen; die komen in de komende dagen binnen.

Het laten opstijgen van een helikopter op Mars is veel ingewikkelder dan op aarde vanwege de ijle lucht. De luchtdruk bedraagt ongeveer één procent van de luchtdruk op aarde. Daarom is Ingenuity voorzien van dubbele rotors die draaien met 2400rpm. Bij helikopters op aarde is dat zo'n 500rpm. Ingenuity weegt 1,8kg en heeft een spanwijdte van 120 centimeter. Het helikoptertje werkt op zonne-energie en een enkele acculading is goed voor zo'n negentig seconden vliegen. Het opladen duurt vier tot vijf dagen.

Gedurende een maand worden eerst verschillende testvluchten uitgevoerd met Ingenuity. De afgelegde afstand en de hoogte zullen daarbij steeds toenemen. Als alles goed verloopt, moet de helikopter uiteindelijk een vlucht van driehonderd meter afleggen met een hoogte van maximaal vijf meter.

Ingenuity is meegestuurd met de Mars 2020-missie als een experiment. Het doel is om te kijken of het mogelijk is om te vliegen op Mars. Opgedane ervaringen kunnen voor latere missies gebruikt worden. Het kleine helikoptertje is verder geen onderdeel van de missie en heeft geen onderzoekstaken. Tweakers schreef eerder een achtergrondartikel over Marsrover Perseverance en Ingenuity.

Ingenuity op het Marsoppervlak en foto genomen door Ingenuity van zijn eigen schaduw tijdens de testvlucht

Reacties (73)

[loekf2]

Op NSF staat een redelijke betere video, geloof 6-7 fps:

https://forum.nasaspacefl...676.msg2223356#msg2223356

ook deze foto:

https://forum.nasaspacefl...676.msg2223361#msg2223361

[Verwijderd]

Video staat ondertussen ook op Youtube (NASA JPL):
First Video of NASA’s Ingenuity Mars Helicopter in Flight, Includes Takeoff and Landing (High-Res)

[blackbaby]

De twin-rotor was ondermeer ontworpen voor stabilizatie-doeleinden, maar of dat genoeg zal zijn om stabiele visuele opnames te kunnen maken, blijft nog een vraagteken.

Men ziet eigenlijk meteen hoe de ijle lucht de stabizering van de drone beïnvloedt. De lage weerstand zorgt ervoor dat het tuig veel sneller in de lucht wiebelt en daardoor ook sneller moet compenseren.
De camera op de drone zal dus naast de lage belichting moeten afrekenen met snelle compensatie-bewegingen, want er is geen gymbal aan boord.

[Reactie gewijzigd door blackbaby op 23 juli 2024 02:14]

[multikoe]

Ik vermoed dat de dubbele rotor om een aantal andere redenen gekozen is, namelijk: vanwege die ijle lucht waren enorme rotor-bladen nodig. Een quadcopter zou daardoor teveel ruimte hebben ingenomen. Daarnaast is dat dubbele rotor-systeem waarschijnlijk ook efficienter, maar dat weet ik niet zeker. Als dat zo is, dan is een dubbele rotor een logische keus in een ijle atmosfeer.
Een één-assig dubbel rotorsystem is ook aerodynamisch stabiel: in tegenstelling tot een quadcopter en een systeem met een enkele rotor hoef je bij een dubbele rotor niet continue te corrigeren (een normale helikopter is uit zichzelf niet stabiel)

De ijle lucht lijkt me ook geen de-stabiliserende factor. De rotoren moeten groot genoeg zijn om het gewicht van de drone te dragen en dus genereren ze ook voldoende vermogen om te stabiliseren.

[renevanh]

4 tot 5 dagen opladen om 90 seconden te vliegen... klopt dat?!

Snap dat een grote accu niet kan voor zo'n missie, dus die 90 seconden - zeker binnen een experiment - zijn best netjes, maar 4 a 5 dagen opladen lijkt me wel heel lang.

[LaMoS]

Je moet er ook rekening mee houden dat:
- de accu 's nachts verwarmd moet worden (zo'n -70 graden op de evenaar)
- er een stuk minder zonlicht beschikbaar is
- alles op die drone zo klein en licht mogelijk is, ook dat zonnepaneeltje

[Alxndr]

Vergeet niet dat de wieken veel sneller moeten draaien en in verhouding veel groter/zwaarder zijn dan een drone op aarde.

In hoeverre er minder zonlicht beschikbaar is weet ik niet. Ja, Mars staat verder van de aarde, maar er is nauwelijks atmosfeer en dat atmosfeer die er is heeft een compleet andere samenstelling. Op aarde absorbeert de atmosfeer 23% van de inkomende straling

FF verder gezocht, op Mars heb je maximaal ongeveer 600 W/m2, op aarde gemiddeld 1000 - inderdaad een stuk minder

[BerendjD]

De drone is in verhouding lichter dan op aarde door de kleinere massa van Mars, echter door de lage atmosfeer dichtheid moeten de wieken veel sneller draaien dan op aarde

[Alxndr]

Ik heb het over de verhouding tussen grootte en het gewicht van de propellers ten opzichte van de drone, dat de zwaartekracht op Mars anders is is niet relevant in verhouding met het effect van de atmosfeer die veel ijler is, bovendien is de zwaartekracht zowel op de drone als op de atmosfeer van toepassing.

EDIT: draai ik het zelf nog om ook, thanks @Du Roi Soleil

Let trouwens bij dit soort discussies altijd op de grootheden en eenheden, zeker met gewicht is de spreektaal eigenlijk fout: massa is in Newton, gewicht is in kilo's.

Deze drone heeft op aarde een gewicht van 1,8 kilo en op Mars 0,7 kilo - de massa is in beide gevallen ongeveer 16.7 Newton

[Reactie gewijzigd door Alxndr op 23 juli 2024 02:14]

[Fly666]

De massa is een constante, ongeacht waar men zich bevindt. Op aarde 1,8 kilo is op Mars of de maan of eender waar nog altijd 1,8 kilo. Als men een balance neemt, kan je de massa meten en zal die ook overal hetzelfde zijn, zolang er zwaartekracht is. Het gewicht kan berekend worden indien men de massa en de valversnelling weet. (moderne elektronische weegschalen meten het gewicht, maar tonen de massa. Dit werkt zolang men zich op aarde bevindt.)

[Du Roi Soleil]

Net andersom. De massa is overal gelijk.

[Fermion]

Vergeet niet de accelerometer, zou verwachten dat dit totaal anders zou gedragen doordat de zwaartekracht anders is.

[pe0mot]

Snelheid van de wieken is niet evenredig aan benodigde energie, alleen de verliezen zijn iets hoger.
De benodigde energy wordt voornamelijk bepaald door de zwaartekracht en het rendement van de wieken.

[renevanh]

Het stukje verwarming had ik inderdaad nog niet bedacht.

[arnom]

Aangezien Mars zo'n 30miljoen km verder van de zon staat dan de aarde, is de zonkracht daar een heel stuk lager.
Dan hebben we het nog niet over de grootte van de zonnepaneeltjes die gebruikt worden (het vlakje bovenop Ingenuity) en het feit dat de motor in die 90sec best veel vermogen vraagt, dus de accu redelijk groot is, ga ik er zomaar vanuit dat het wel zal kloppen (alhoewel een marsdag natuurlijk wel ong. 30minuten langer is dan een aarde-dag betekend dat zeker 15minuten meer daglicht, gerekend op equator-hoogte).

Tevens wordt de accu ook continu gebruikt om Ingenuity warm te houden. Dus tijdens de laaddagen, wordt een deel van de opbrengst ook direct weer verbruikt.

[Reactie gewijzigd door arnom op 23 juli 2024 02:14]

[RJG-223]

Aangezien Mars zo'n 30miljoen km verder van de zon staat dan de aarde, is de zonkracht daar een heel stuk lager.

30M kilometer ? Dat geldt voor Venus.

Mars staat minimaal 50M kilometer verder van de zon, en op dit moment staat ie (zover ik kan nagaan) dichter bij de maximale afstand, die 100M kilometer verder van de zon is dan de aarde (250M vs 150M kilometer)

Als ik het goed bereken, betekent dat dat Mars nu dus in de buurt van de 40% van de zonneenergie ontvangt als wat de aarde ontvangt. Maar omdat de dampkring van de aarde veel meer absorbeert, zal het verschil aan de oppervlakte minder zijn.

[Serftie]

heeft te maken met de lage hoeveelheid zonne energie die er ontvangen kan worden op Mars, ook is het maar een relatief klein paneeltje. die 4/5 dagen zijn zeker nodig.

[-PassY-]

Licht sterkte neemt flink snel af wegens de Radius^2 in de berekening. Zou me niks verbazen dat de panelen voor het opladen ook nog eens klein zijn, en dan kan het best lang duren vrees ik.

[Huugje]

Mars krijgt de helft minder zonne-energie dan we hier op aarde krijgen, dus dat is in ieder geval een factor.

[3raser]

De zon stond loodrecht op helikopter neem ik aan, gezien zijn schaduw in het midden van de navigatiecamera zichtbaar is. Is dat tijdstip expres gekozen vanwege de beste belichting van de zonnepanelen of is het toeval?

Ik ben ook wel benieuwd of de zonnepanelen na deze vlucht een beetje schoner zijn geworden. Er leek behoorlijk wat zand/stof op te liggen.

[84hannes]

Ik verbaas me er vooral over dat de schroeven stil lijken te staan. De sluitertijd moet daar oor volgens mij ver onder de 60/200s liggen ofwel 25ms. Dat heeft wellicht ook met de hoge zon, dus veel zonlicht, te maken?

edit:
Verduidelijking

Zoals @3raser al stelt, 2400rpm is 40Hz (daar heb ik veel meer gevoel bij) is 25ms per rondje. De sluitertijd moet dus veel lager liggen, want gezien de symmetrie zou zelfs een sluitertijd van 12,5 ms al een overlapping geven, dus waarschijnlijk ligt de sluitertijd zelfs flink onder de 2,5ms of 1/400e s. Dat is met een beetje camera en goede zon op aarde ook wel te doen en vermoedelijk hebben ze hier een hele gevoelige (z/w) camera gebruikt. Wellicht is de korte sluitertijd ook noodzakelijk voor navigatie, je hebt daar waarschijnlijk vrij scherpe beelden voor nodig en ruis is daarvoor minder erg dan bewegingsonscherpte. Evenwel klinkt het indrukwekkend.

[Reactie gewijzigd door 84hannes op 23 juli 2024 02:14]

[AceAceAce]

D. Sensors
On-board sensors are used for vehicle control during all phases of flight. Data from IMU’s, an altimeter, and navigation camera image derived velocimetry is used to produce a navigation solution consisting of helicopter position, velocity, attitude, and other auxiliary variables. An inclinometer is used on the ground prior to flight to calibrate the IMU accelerometers biases. The helicopter also carries a color camera to provide images of terrain and other features for return to Earth.
The sensors used are Commercial-Off-The-Shelf (COTS) products. The candidate set of parts include:
• ...
• Navigation (NAV) Camera. This is a global-shutter, nadir pointed grayscale 640 by 480 pixel sensor (Omnivision OV7251) mounted to a Sunny optics module. It has a field-of-view (FOV) of 133 deg (horizontal) by 100 deg (vertical) with an average Instantaneous Field-of-view (IFOV) of 3.6 mRad/pixel, and is capable of acquiring images at 10 frames/sec. Visual features are extracted from the images and tracked from frame to frame to provide a velocity estimate.
• ...

Bron: https://rotorcraft.arc.na...Balaram_AIAA2018_0023.pdf

10 frames/s, terwijl er 40 rotaties per seconden zijn, zou naar mijn mening voor een blurry schijf moeten zorgen op 1 frame.
Disclaimer: het kan zijn dat de uiteindelijke helicopter is afgeweken van dit design uit 2018

[Reactie gewijzigd door AceAceAce op 23 juli 2024 02:14]

[Ch3cker]

10 frames per seconde zegt natuurlijk niets over de sluitertijd waarmee elk frame is gemaakt

[84hannes]

10 frames/s, terwijl er 40 rotaties per seconden zijn, zou naar mijn mening voor een blurry schijf moeten zorgen op 1 frame.

Mijn camera kan volgens mij maximaal 8 beelden pet seconde opnemen maar heeft een maximale sluitertijd van 1/1000s. Die twee zijn slechts bij de grens aan elkaar gerelateerd: mij 10fps kan de sluitertijd nooit meer dan 100ms zijn, maar wel (veel) minder. Een doel bij navigeren lijkt me dat je de verschillen tussen afbeeldingen kunt vergelijken; dan wil je wel overlappende foto’s maken, maar er mag redelijk verschil zitten tussen iedere foto. Ik denk dat daarom genoegen genomen kan worden met een lage frame rate, ook om zowel de camera als de beeldverwerking zuiniger te maken.

[AceAceAce]

Goed punt.
Ik verwachtte/hoopte dat zijn specificatie van het ontwerp wil wat meer over de shutter zou zeggen dan alleen maar 'global shutter'

[PrinsPace]

Zou er wel sprake zijn van een sluitertijd? Het is immers een navigatiecamera, dus wellicht is het een still uit een videostream?

[svenvbins]

Ook bij een videostream heeft elk frame gewoon een sluitertijd

[3raser]

Daarom is Ingenuity voorzien van dubbele rotors die draaien met 2400rpm.

Dat is een snelheid van 40 rotaties per seconden, dus 25ms per rondje.

[qbig1970]

dat en de lage datadoorvoer vanaf mars. dus lage resolutie en lage sluitertijd.

[kramer65]

Korte sluitertijd heeft niets te maken met de hoeveelheid data die het genereert.

[qbig1970]

ik denk dat hoge framerate van geen enkel nut heeft vanaf zo'n ding. Ik moet toekennen dat het een aanname was.

[Craftynl]

sluitertijd en framerate zijn twee losse dingen die wel met elkaar te maken hebben.

[Juzzuts]

Precies het eerste wat ik ook dacht en wat @AceAceAce dus ook bevestigt! Met deze rotatiesnelheid had er op zijn minst een klein beetje motion blur moeten zijn. Normaal gesproken ben ik niet van het alu hoedje denken, maar worden we genept? Wat moet je nou met zo'n foto...

[84hannes]

Zoals @Ch3cker al impliceert: 10fps zorgt voor een maximale sluitertijd van 100ms. De minimale ligt vermoedelijk veel lager.

[SilverRST]

Zag gisteren heel toevallig op Discovery Science een documentaire over het stof op Mars en de maan. In 1969 als het goed is, hadden astronauten last van het stof op de maan waarbij het zelfs in hun longen terechtkwamen. Opportunity is ook gesneuveld op Mars door al dat stof dat zich verzamelde op zijn zonnepanelen.

[84hannes]

hadden astronauten last van het stof op de maan waarbij het zelfs in hun longen terechtkwamen.

Rigoliet volgens mij, is echt troep. Het is niet mooi rondgesleten zoals kleine deeltjes (zand?) op aarde, maar lekker scherp. Het gaat overal in zitten (longen maar ook mechanische componenten zoals scharnieren), zoals dat stof betaamd, en als je buiten je ruimtepak hebt gedragen en die binnen uittrekt dan heb je het al mee naar binnen genomen. Er zijn dan ook ontwerpen van ruimtepakken die je niet mee naar binnen neemt maar als het ware in de muur achterlaat om stof binnen de atmosfeer van maanbewoners te minimaliseren.

[SilverRST]

En daarbij ook nog eens gezondheidsrisico's zoals kans op silicose (longkanker). Lijkt me echt geen pretje zulke troep.

[84hannes]

In alle eerlijkheid weet ik niet of kanker in de jaren 60 een reden was om niet naar de maan te gaan. Nu ligt die afweging wellicht anders maar toen was de ruimterace een alternatief voor en fysieke oorlog.

[SilverRST]

Lijkt me sterk want de eerste maanlanding was in 1969? Ze wisten waarschijnlijk niet hoe ontzettend fijn het stof is op de maan.

[84hannes]

Nou, dat precies. Ze brachten mensen naar de maan zonder te weten wat de risico’s waren

De afgelopen decennia hebben we tot in den treuren geëxperimenteerd met bijvoorbeeld lang verblijf in gewichtsloosheid. Daar was in de jaren zestig geen tijd voor.

[SilverRST]

Ah gewichtloosheid! Botten worden brozer en het hart zal als ik me goed kan herinneren ook gezondheidsrisico's krijgen. Pfoeh, een hele waslijst, zeg!

[84hannes]

Ik ben blij dat toekomstige missies niet worden gebaseerd op wat jij je kunt herinneren.

[SilverRST]

Nja, Discovery Science laat meer over zulke onderwerpen zien dan Discovery Channel Weet niet of je dat ook hebt? Enorm interessant en regelmatig documentaires over de jaren 60.

[84hannes]

Mijn excuus, ik las je vorige reactie verkeerd en dacht dat je sarcastisch was. Ik geloof best dat het interessant is, maar er zijn tegenwoordig te veel interessante onderwerpen en te weinig tijd... Bedankt voor de tip evenwel.

[TheDutchChief]

"Is dat tijdstip expres gekozen vanwege de beste belichting van de zonnepanelen of is het toeval?"

berekening op een bierviltje: kost 350000 seconden om op te laden voor een vlucht van 90 seconden, dan kan die 0.02 seconden extra vliegen met wat ie oplaadt tijdens het vliegen, is 6 cm.

[multikoe]

Ze hebben maar een heel beperkt tijdsvlak om in te vliegen want na een vlucht moet de batterij ook weer opgeladen worden om de nacht door te kunnen komen (verwarmd). Je kunt dus niet aan het eind van de dag vliegen. Aan het begin van de dag ook niet want dan is de batterij nog niet opgeladen nadat die gebruikt is om 's nachts de boel warm te houden. Blijft over: midden op de dag.

[Sc0tTy]

Wat kan de mensheid toch geweldig zijn als ze dat willen!

PS: Wat mij overigens opviel is dat ze heel de tijd GitHub open hadden staan voor updates. Weet iemand daar meer over?

[Reactie gewijzigd door Sc0tTy op 23 juli 2024 02:14]

[Spykie]

Het hele project staat op GitHub: https://github.com/nasa/fprime

[ikt]

Op 32:37? Lijkt me dat ze GitHub issues gebruiken om projectvoortgang vast te leggen?

"Sol 58 Downlink: sol-58-dl-flight1 #1475"

Interessante keuze!

Edit: Daarna zie je 'm een python-commando plakken - en daarna somt hij op welke stappen er zijn doorlopen. Lijkt me inderdaad een to-do/to-confirm lijst van taken.

[Reactie gewijzigd door ikt op 23 juli 2024 02:14]

[Wailing_Banshee]

Het meest fantastische vond ik eigenlijk het "aapjes kijken". Die spanning in de kamer was gewoon om te snijden en je zag echt die ontlading toen de data begin binnen te komen. Kan niet wachten tot de eerste echte beelden gaan binnenkomen!

[himlims_]

de highspeed/4K ontbraken nog wat frames https://twitter.com/NASAPersevere/status/1384104815567855626 (lijkt wel copy/paste van iemand )

[achondar]

Toch fantastisch dat een helicopter toch kon vliegen in zo'n ijle lucht. Het is mooi voor toekomstige missies, aangezien dat die zou vliegen zeker geen gegeven was.

[DoubleP38]

Nasa Helicopter "actie" vanaf 40:40

[n3z]

Wat is dit vet zeg. Science fiction wordt realiteit.

[s0nm3z]

Na decennia lang geterroriseerd te worden door UFO's kan America nu eindelijk terugslaan. Dit is gewoon verkapte wraakactie.

[Craftynl]

Heel interessant