Marshelikopter rondt moeilijkste en langste vlucht tot nu toe af

NASA's Marshelikopter Ingenuity heeft zijn negende vlucht succesvol afgerond. Het was de langste en risicovolste vlucht tot nu toe, omdat de helikopter over onherbergzaam terrein vloog, wat de navigatie bemoeilijkte.

De vlucht duurde in totaal 166,4 seconden en daarbij haalde Ingenuity een snelheid van 5 meter per seconde, schrijft NASA. Tijdens de vlucht is een afstand van 625 meter afgelegd. De langste vlucht daarvóór duurde 139,9 seconden en de hoogste snelheid was tot nu toe 4m/s.

Vorige week schreef NASA uitgebreid over de plannen van de negende vlucht van Marshelikopter Ingenuity. Het kleine helikoptertje navigeert aan de hand van een camera aan de onderkant. De algoritmes voor het herkennen van het terrein zijn niet in staat om hellingen te zien en interpreteren alles als vlak terrein.

Ingenuity © NASA/JPL-Caltech

De negende vlucht vond plaats in het gebied Séítah, waar juist veel relatief steile hellingen zijn. Daardoor zouden er bij het navigeren afwijkingen van meters kunnen ontstaan en ook bij het landen zou dat problemen kunnen opleveren. Door langzaam te vliegen over bepaalde gebieden wilde NASA die risico's beperken.

NASA koos een vlak landingsgebied uit met een radius van 50 meter, maar door de mogelijke afwijkingen bestond er volgens de ruimtevaartorganisatie een kans dat Ingenuity daarbuiten terecht zou komen. Dat zou ook de communicatie tussen Marsrover Perseverence en de helikopter in gevaar brengen, omdat die uitgaat van een line-of-sight-verbinding.

Volgens NASA paste het hoge risico van de vlucht bij het doel van Ingenuity. De kleine helikopter is meegenomen naar Mars als een experiment en heeft met deze vlucht gedemonstreerd dat een dergelijk luchtvoertuig op plekken kan komen die voor een Marsrover onbegaanbaar zijn. De vlucht levert ook close-upfoto's op van het Séítah-terrein die anders niet bemachtigd hadden kunnen worden.

Reacties (67)

[Skit3000]

De algoritmes voor het herkennen van het terrein zijn niet in staat om hellingen te zien en interpreteren alles als vlak terrein.

Weet iemand waar dit mee te maken heeft? In principe kan je aan de hand van bewegende beelden een aardige inschatting maken van diepte. Als ik mag gokken kost dat alleen aardig wat rekenkracht en daarmee ook energie, waardoor de helikopter minder ver (of helemaal niet) zou kunnen vliegen?

[DropjesLover]

Referentie-object voor afmetingen of tweede camera nodig...
Ik vraag me af waarom er niet bijv. een laser-afstands-sensor gemonteerd is, die zijn erg compact en licht.

Aan de andere kant, bij NASA werken ook niet volslagen idioten natuurlijk

[Atmosfeer]

ik denk met name omdat het ding ontworpen is voor een specifieke set aan eisen en doelen. Al die oorspronkelijke doelen zijn al voldaan en al deze extra vluchten zijn puur extra om te kijken hoeveel er nog uit te halen valt. Het was nooit ontworpen om over ruig terrein te vliegen bijvoorbeeld.

[Reactie gewijzigd door Atmosfeer op 25 juli 2024 12:38]

[erwinb]

een voorbeeld hiervan is de vliegtijd.
het design is voor 90 Seconden en nu vliegen ze al bijna 2 keer zo lang als de specificatie. het zelfde voor de afstand, design is 300 meter en nu vliegen ze al ruim twee keer zo ver.
Men is nu aan het testen waar de limieten liggen zonder het experiment over de top te jagen.

[Verwijderd]

Gewicht was een van de belangrijkste restricties bij het bouwen van deze drone dus alles wat niet nodig was is er ook niet in gebouwd. Op zich zou men op basis van de video diepte kunnen inschatten maar waarom zou je dat doen als het niet nodig is (Ingenuity flies sufficiently high above the terrain that this will not be a problem).

Een afstandssensor zou natuurlijk kunnen maar zo te zien willen ze alles met 'vision' doen. Wel een interessante insteek. Een laser zou ik trouwens niet gebruiken vanwege de grote hoeveelheid stof maar ultrasoon zou ook nog een optie zijn.

[_Pussycat_]

Ultrasoon zal in de ontzettend dunne lucht nauwelijks werken.

[MSalters]

Waar baseer je die aanname op?

Het effect van lage luchtdruk is dat het maximaal volume beperkt is. Je kunt niet net zoals op aarde een geluid maken van 194 dB. Het maximale volume op Mars is beperkt tot zo'n 160 dB.

Maar dat is niet het soort volumes waarop ultrasone afstandsmeters werken. Dat blijkt wel uit het feit dat je geen interne bloedingen krijgt van de afstandssensoren van auto's.

[_Pussycat_]

Dat baseer ik erop dat de demping dramatisch stijgt bij lagere druk, zodat het bereik veel lager zal worden.

[MSalters]

Demping is irrelevant. Geluid verspreid zich als een bolvormige golf, waardoor je een afname van de amplitude hebt met een factor 1/r². Dat is de factor die ultrasone afstandsmeters limiteert tot een paar meter.

Demping is ongeveer 0.1 db/100 meter in de atmosfeer van Mars: geen waterdamp, en lage temperatuur. Weliswaar moet je de afstand voor een gereflecteerde golf dubbel tellen, maar dan nog hebben we het over <0.01 dB demping op de hoogte waarop deze helicopter vliegt.

[_Pussycat_]

Hmm, interessant argument. Ik weet uit de praktijk van mijn firma die (o.a.) ultrasone sensoren maakt dat onder 0.5 bar onze sensoren nagenoeg niet werken. Maar ik vraag me nu ook af waarom.

[MSalters]

Akoestische impedantie? Als je luidspreker en microfoon ontworpen zijn voor gebruik hier op aarde, dan doen ze het op Mars absoluut beroerd. Simpel gezegd: je luidspreker oefent een kracht op uit de lucht om 1 atmosfeer weg te duwen, en op Mars is er geen tegendruk.

[multikoe]

Ultrasoon is geluid en geluid heeft een medium nodig om zich te verplaatsen. Als er onvoldoende medium is, dan kunnen die drukgolven zich niet voortplanten.

[MSalters]

Correct, maar de maat daarvoor is de mean free path. Die is op Mars 10 micrometer; op de maan honderden kilometers. Dat is ook de effectieve golflengte-grens. In Hertzen is dat op Mars dus een paar Mhz (dus ruim ultrasoon)

[Verwijderd]

Goed punt inderdaad. Het aantal zaken waar je aan moet denken is bizar als je over een andere planeet praat...
Andere punten die het (blijkbaar) lastig maken voor ultrasone sensoren op mars:

• The pressure at the surface of Mars is low (~6 mbar)
• The atmosphere is mostly carbon dioxide.
• Both of these factors will cause increased attenuation over measurements in air at atmospheric pressure.

[_Pussycat_]

En ondanks al die moeilijkheden lijken alle problemen die ze hadden door de software te komen! Vond ik toch vrij frappant.

[Keypunchie]

Het is ook juist de bedoeling om de grenzen van de software te verkennen. Die kun je gebruiken als ijkpunt om de toleranties voor een volgende Marscopter te bepalen.

Zo van "hellingen tot en met 45 graden geven een afwijking van x meter, bij een snelheid van y m/s". Dan heb je een mooie baseline voor "veilig vliegen" bij het volgende bezoek met een mogelijk vele malen complexere/duurdere drone.

[_Pussycat_]

De softwareproblemen die ik bedoelde waren 1) timestamp-problemen als een opname verloren ging, en 2) een race condition bij de start van de vlucht.

Beide problemen zouden ook op aarde gevonden kunnen worden en aangezien bij NASA niet allemaal idioten werken vraag ik me oprecht af waarom dat niet van te voren gelukt is. Er zal vast een reden voor zijn maar ik ken die niet.

[goarilla]

De logging module was uit gecontracteerd en erin gerushed ?

[_Pussycat_]

Is dat een vraag? Gezien het vraagteken achter de uitspraak is het een beetje verwarrend.

Maar zelfs dan zouden ze na de start van de raket nog een jaar kunnen testen en fouten zoeken.

[Laar19]

Laser afstandsmeter levert je nog steeds maar een punt meeting, zeg precies in het verlengde van de rotor as. Dan weet je dus slechts hoe hoog dat ene punt is vergeleken met je referentie punt en nog steeds geen hoek van de helling.

Om een idee van een helling te krijgen heb je meer metingen nodig. Dus dan zit je meer te denken aan een lidar systeem. Die zijn zo te zien een stuk groter en zwaarder, en hebben zo te zien meer bewegende delen die kapot kunnen gaan tijdens de vlucht. Als alternatief zie ik (op wikipedia) een flash lidar, die zend een puls uit en registreert op een camera de time of flight van diverse paden. Maar dan heb je het probleem dat zo'n puls zwakker wordt met afstand, dus ik vermoed dat dit op hoogte niet echt praktisch is.

Reken daarnaast dat zo'n systeem wat weegt en stroom verbruikt (ook voor de beeldverwerking). Beide ervoor zorgende dat je kortere afstanden kan vliegen. Dus de vraag met al dit soort systemen is of het nuttige extra informatie en betrouwbaarheid oplevert boven de kosten in de vorm van vluchttijd.

[HKS-Skyline]

van wiki:

The helicopter uses a Qualcomm Snapdragon 801 processor with a Linux operating system.[48] Among other functions, this processor controls the visual navigation algorithm via a velocity estimate derived from features tracked with a black-and-white downward-facing navigation camera containing an Omnivision OV7251 global-shutter sensor or horizon-facing terrain camera.[14][49] The Qualcomm processor is connected to two flight-control microcontroller units (MCUs) to perform the necessary flight-control functions.[14] It also carries a cellphone grade Bosch BMI-160 IMU, a Murata inclination sensor SCA100T-D02[14] and a Garmin LIDAR Lite v3 laser altimeter.[48]

Je zou denken dat hij daar best een eind mee zou moeten kunnen komen qua terrein herkenning

[Coolstart]

Idd. We camera wordt puur gebruikt als ‘gps’ door aan de hand van de rotsen te weten te komen waar hij zit. In principe kan je met die refenrentiekaart ook heel simpel en vrij accuraat hoogte afleiden maar kennelijk is dat stukje software niet toegevoegd.

Ik begrijp niet zo goed vanwaar al die navigatieproblemen komen over ruw terrein. Lijkt me allemaal vrij simpel en aangezien het experimentele karakter lijkt het net logisch om net dat wel toe te voegen zodat ze verder kunnen vliegen en nog meer kunnen experimenteren.

[Drardollan]

Zover ik het heb begrepen is dit alles een bonus. De drone is ontworpen voor bepaalde experimenten en doelen, die zijn behaald. Ze proberen gewoon wat extra dingen, dingen waar vooraf geen rekening mee is gehouden. Gaat het goed, dan is het leuk en informatief. Gaat het fout, dan is dat jammer dan. De kennis die opgedaan is met de initiële experimenten en de extra experimenten zal ongetwijfeld gebruikt gaan worden om een volgende heli uit te rusten met meer en betere apparatuur.

Een heli en missies als deze bedenk je niet op maandagochtend om ze op dinsdagmiddag de ruimte in te helpen en op donderdag missies op Mars te laten vliegen. Hier gaat jaren aan planning aan vooraf, in die jaren komen er weer nieuwe technieken beschikbaar en andere inzichten. Ik denk dan ook dat het niet zo simpel is als wij denken.

[bigbadbull]

... Gaat het goed, dan is het leuk en informatief. Gaat het fout, dan is dat informatief en jammer dan. ...
ook uit fouten kan je goed leren, en soms beter dan wanneer alles goed gaat, maar dan moet je meestal wel de kans hebben om te kunnen herproberen, wat hier een probleem kan zijn.

[warrior7]

Ik moet dan altijd aan Elon Musk denken die standaard aan zijn engineers vraagt “the thing I am most impressed with is, what did you undesign?”. Hoe minder complex hoe minder kans op fouten, goedkoper, beter beheerbaar, meer kans op succes etc. Hoe minder source code ze in die programmaatjes stoppen hoe beter het is.

[erwinb]

het is heel eenvoudig om iets heel complex te maken.

[DrPoncho]

Ja super simpel allemaal.

[Alxndr]

Dus wel een lidar hoogtemeter, maar die wordt niet gebruikt voor navigatie? Vreemd, maar zoals hierboven ook staat, slimme mensen bij NASA dus zal wel een goede reden voor zijn.

[Verwijderd]

Zie de erg interessante bron.
This max effort will also challenge Ingenuity’s navigation algorithm in a fundamentally new way. This onboard algorithm which lets Ingenuity determine where it is along the flight path, was designed for a comparatively simple technology demonstration over flat terrain and does not have the design features to accommodate high slopes and undulations that are to be found in Séítah. The undulations can cause oscillations of a few meters in the altitude control of the helicopter but Ingenuity flies sufficiently high above the terrain that this will not be a problem.

Ingenuity is dus simpelweg ontworpen om te vliegen over vlak terrein en heeft geen software aan boord om diepte te 'zien' of berekenen. Zoals je zelf al aangeeft is dit misschien wel mogelijk maar zo te zien was dit voor deze specifieke missie ook niet nodig (but Ingenuity flies sufficiently high above the terrain that this will not be a problem).

Ik zie het vooral als een validatie missie van de huidige software en hardware. Kan deze drone met de huidige hardware/software zijn ding doen.. Antwoord is voor nu dus: Ja

[Skit3000]

Opzich ook wel een goede tactiek, en de software blijft op die manier vast een stuk simpeler en voorspelbaarder. Tot de eerste vlucht wisten ze natuurlijk nog niet eens of het überhaupt allemaal zou werken.

Tegen de tijd dat deze helikopter aan het eind van haar levensduur komt kan ik me voorstellen dat ze er altijd nog een iets risicovollere firmware-update naartoe kunnen sturen als ze zouden willen proberen op een onregelmatige ondergrond te landen.

[Verwijderd]

Inderdaad, het is allemaal ook simpelweg een validatie van wat men denkt te weten maar uiteindelijk moet je het maar eerst zien te valideren. En het simpelste ontwerp is veelal het beste ontwerp.

Ik kijk erg uit naar toekomstige vluchten. Voor nu lijkt de drone een mooie aanvulling te zijn op de rover.
Hier is nog de locatie te zien van de rover en drone:
https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/where-is-the-rover/

[punthoofd]

was designed for a comparatively simple technology demonstration over flat terrain

ik sta absoluut aan wal, als beste stuur&lui , maar had niet verwacht daarvoor naar Mars te moeten forenzen.
Blijkbaar loopt het budget scherp terug voorbij de missie doelstelling.

[Reactie gewijzigd door punthoofd op 25 juli 2024 12:38]

[Loy]

Ik kan me zo voorstellen dat als je alleen een egaal schuin vlak ziet en je je eigen oriëntatie niet goed weet dat je niet weet of het vlak schuin is of je zelf schuin hangt.
Er is ook een IMU aan boord, maar als de oriëntatie die de camera rapporteert en de oriëntatie die de IMU rapporteert niet hetzelfde zijn, wat doe je dan? In welke sensor heeft de sensor fusion meer vertrouwen?

Bulten, kuilen en hellingen zorgen er ook voor dat delen van het beeld dichter bij/verder weg zijn dan de sonar voor hoogte recht onder de sensor meldt (wat lastiger wordt als je schuin hangt?). En dat heeft invloed op hoe snel de pixels onder de camera door bewegen, waarvan Ingenuity gebruikt maakt om te weten hoe snel het zelf vliegt. Als dat niet klopt kan de fout flink optellen.

[Evil_king]

Goed gedaan weer!

Enige wat ik niet snap is waarom die foto's zulke matige kwaliteit zijn? Is het echt niet te doen een beetje degelijke sensor erop te schroeven? Die zullen tegenwoordig toch heel licht zijn.

[Xtuv]

De foto's in hogere kwaliteit komen altijd later. Er worden vanwege de beperkte bandbreedte eerst thumbnails gestuurd. Hier bijvoorbeeld een kleurenfoto van Ingenuity, te downloaden in hoge resolutie, gemaakt op 23 mei. De foto's in dit artikel zijn van de navigatiecamera, die heeft sowieso niet zo'n hoge resolutie. Foto's maken is ook maar een bijkomstigheid van Ingenuity, totaal niet het primaire doel.

[Evil_king]

I stand corrected. Is er dan een reden dat het met 2 camera's gaat? Is het juist zwart-wit voor meer contrast bij navigatie en werkt dat beter dan kleur dus?

[Raxus07]

Correct me if I'm wrong, maar volgens mij is dit niet alleen afhankelijk van bewegende beelden etc. Kan mij goed voorstellen dat je met bewegende beelden slechts en mapping kan maken aangezien je data nog steeds enkel uit 2D beeldmateriaal staat en je hiermee slecht de diepte kan uitmeten.

Een barometer, GPS en andere vormen van alimeters zullen wel meewerken aan het inschatten van diepte en hoogte.

[Tjahneee]

Op mars heb je natuurlijk geen netwerk van GPS satellieten. En gezien Mars geen atmosfeer heeft lijkt mij dat een barometer ook niet gaat werken (wel dus ). Dat houd in dat je het toch voornamelijk moet doen met visuele/licht instrumenten.

[Reactie gewijzigd door Tjahneee op 25 juli 2024 12:38]

[zarex]

Mars heeft wel een atmosfeer. Die is alleen zeer ijl. Als er helemaal geen atmosfeer zou zijn, zou een helikopter toch helemaal niet kunnen vliegen?

[multikoe]

Dat klopt. De atmosfeer op Mars is erg "ijl", de luchtdruk is erg laag. Dat is de reden dat de Ingenuity erg grote rotorbladen heeft die met een erg hoge snelheid ronddraaien.

[winwiz]

Als er geen atmosfeer zou zijn zouden ze ook geen parachutes kunnen gebruiken of zouden ze geen hitteschild nodig hebben gehad.

[Stevie-P]

Mars heeft zeker wel een atmosfeer. Deze heeft zelfs een eigen Wikipediapagina! https://en.m.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Mars

Zonder atmosfeer zou er ook geen helicopter kunnen vliegen natuurlijk 🙂

[Reactie gewijzigd door Stevie-P op 25 juli 2024 12:38]

[Lau1406]

Mars heeft wel degelijk een atmosfeer (anders kan Ingenuity daar ook niet vliegen ). Wel is de atmosfeer een stuk minder dicht dan hier op aarde (<1%). https://en.wikipedia.org/wiki/Atmosphere_of_Mars

[Vincenz0]

GPS op mars?

[Raxus07]

Ja? Met pseudo-satellites kan je een klein lokale omgeving voorzien van GPS. Hier heb je geen Sateliet rondom Mars voor nodig.

[multikoe]

Ik denk dat je bedoeld dat je grondstations zou kunnen opzetten die een soort-van lokatiebepaling mogelijk zouden maken? Als je dat bedoeld, dan mag je dat wat verder uitwerken:
- Wie of wat zou die stations neer moeten zetten?
- Je hebt minimaal drie stations nodig voor een goede horizontale plaatsbepaling, het moeten er meer zijn als je ook nog vertikale plaatsbepaling wil doen (lijkt me handig met een helikopter).
- De positie van die zenders moet tot op de millimeter bekend zijn.

Ik zie wel wat uitdagingen....

En het lijkt allemaal wat overbodige moeite. Alles wat tot nu toe op Mars is neergezet en dat kan bewegen, doet dat op basis van visuele orientatie en dat lijkt tot nu toe wel heel erg goed te gaan.

[Raxus07]

Thanks voor je uitleg, lijkt me op dit moment inderdaad een wat onmogelijke taak.
Ik bedoelde slechts dat er mogelijk andere instrumenten zijn die mogelijk deze hoogte en diepte meten dan alleen beeld materiaal die het wel kunnen interpreteren.

Dat niet elk genoemd instrument geschikt is voor deze situatie, tja, ik ben tenslotte geen expert natuurlijk.
Maar het leek mij aannemelijk dat er meer dan alleen beeldmateriaal word gebruikt, zeker voor een onbekend terrein/omgeving als op Mars.

Misschien een aanname die ik niet had mogen maken.

[multikoe]

Het gebruiken van beeld voor het inschatten van diepte wordt al heel veel gebruikt. Tesla's bijvoorbeeld gebruiken camera's om een volledig 3D-beeld van de omgeving te creeeren.
Daarnaast worden camera's, zoals ik al zei, al langer gebruikt op de rovers op Mars, de "Forward Facing Navigation Cameras" zijn specifiek gemaakt voor dat doel.

Ingenuity gebruikt dezelfde techniek, het probleem is niet zozeer de technische installatie, maar de software. Als ik het goed begrijp is de software van Ingenuity gewoon niet geschikt om erg heuvelachtig terrein te analyseren.

Andere technieken, zoals jouw GPS-stations, zijn praktisch niet haalbaar.

[DeDooieVent]

MPS

[david-v]

GPS? dat wordt (nog) lastig op Mars .

[Skyrunner]

MPS?

[EJlol]

Max Planck Institute for Solar System Research?

[De Ingenieur]

Een GPS zal niet in het apparaatje zitten, dat werkt niet op Mars aangezien GPS afhankelijk is van satellieten die rond de aarde draaien. Barometer moet ook heel gevoelig zijn in de atmosfeer van Mars (minder dan 1% van de dichtheid op aarde). Dus ik vind het nog wel aannemelijk dat het vliegen op zicht gebeurd (camera, laser etc.).

[M14]

Verdiep je eens in de werking van kruisraketten. Die navigeren dmv een grondradar het oppervlak te scannen en vergelijken met de geprogrammeerde route. En dat werkt al ver voordat GPS bestond.

[moonlander]

De algoritmes voor het herkennen van het terrein zijn niet in staat om hellingen te zien en interpreteren alles als vlak terrein.

Dat is iets wat ze op aarde gewoon kunnen testen. Upgrade voor Marshelicopter v.2

[Mayumi]

Ik ben benieuwd wanneer we mogen meemaken dat ¨In 80 sols om Mars" is volbracht.
Wat ik mij verder afvraag is of het mogelijk zou kunnen zijn om een zeppelin te laten rondvliegen op Mars. Wat voor soort gas daar dan eventueel in zou moeten is ook iets dat mij bezig houdt.
Iemand die mij daar een antwoord op kan geven?

[pizzafried]

Er is geen zuurstof, maar er is een atmosfeer. die is wel een stuk ijler. Vandaar dat men zich afvroeg of vliegen op mars mogelijk zou zijn, dat is wat ze nu aan het experimenteren zijn met deze mars-helikopter. Als je dan tegelijkertijd plaatjes kan schieten van plekken waar een marsrover niet kan komen is dat mooi meegenomen.

https://www.scientias.nl/...gen%20helikopters%20nooit.

[Vol Braakzakje]

Dat is 18km/u

[MaxTheKing]

Even verder kijken dan je neus lang is....
https://mars.nasa.gov/mar...N0060001HELI00001_000085J

[sp3c0ps]

Ik zie geen videos?

[MaxTheKing]

Correct, ze hebben geen snelle glasvezelverbindingen op mars. De bandbreedte naar de aarde toe is erg beperkt dus 'even' een video uploaden voor de leuk zit er niet in.

[sp3c0ps]

Gifje moet lukken toch

[coptician]

Clickbait is het niet, maar ik maakte dezelfde leesfout en snapte de titel even niet.

Nederlands is toch wel een vreemde taal soms...