Lot helikopterem na Marsa z myślą o następnej pomysłowości opóźniony nawet po sparowaniu — oto, co poszło nie tak

2800 obr./min obraca się pomyślnie, ale lot 14 jest opóźniony do momentu sprzężenia

Od naszego ostatniego wpisu na blogu minęło kilka pełnych wydarzeń dni Marsa, więc chcieliśmy poinformować wszystkich o tym, jak się sprawy mają. Mars. W naszym ostatnim artykule pokazaliśmy, że przygotowujemy się do rozpoczęcia lotu z większą prędkością wirnika, aby zrekompensować zmniejszoną gęstość atmosfery spowodowaną sezonowymi zmianami na Marsie. Zwiększenie prędkości wirnika to ważna zmiana w dotychczasowym sposobie latania, dlatego chcieliśmy postępować ostrożnie. Pierwszym krokiem był test wirowania z dużą prędkością przy 2800 obr./min na ziemi, a jeśli wszystko poszło dobrze, drugim krokiem był krótki lot, przelot na krótko nad naszą obecną lokalizacją z prędkością wirowania 2700 obr./min.

Test szybkiej rotacji został pomyślnie zakończony 15 września 2021 o 23:29 PDT, 11:11 GMT na lokalnym Marsie (SOL 204 misji Perseverance). Silniki Ingenuity obracały wirniki z prędkością do 2800 obr./min, utrzymywały tę prędkość przez chwilę, a następnie ponownie obracały wirniki, aby się zatrzymać, wszystko dokładnie tak, jak zostało to zsekwencjonowane do testów. Wszystkie inne podsystemy działają bez zarzutu. Duże znaczenie miało ustalenie, czy wyższe prędkości wirnika powodują rezonans (drgania) w strukturze pomysłowości. Rezonans jest powszechnym wyzwaniem w helikopterach i może powodować problemy z wykrywaniem i sterowaniem, a także może prowadzić do uszkodzeń mechanicznych. Na szczęście dane z tego szybkiego obrotu nie wykazały rezonansu przy wyższych obrotach wirnika. Udane wirowanie z dużą prędkością było ekscytującym wyczynem dla Ingenuity i dało nam zielone światło do rozpoczęcia lotu testowego z prędkością wirowania 2700 obr./min.

Górny zespół tarczy sterującej zapewnia wszechstronność: Górna płyta śmigłowca Mars Innovation NASA kontroluje temperaturę obracających się górnych łopat wirnika i jest niezbędna do stabilnego i kontrolowanego lotu. Tarcza sterująca jest napędzana przez trzy małe serwomotory. Źródło: NASA/JPL-Caltech.

Lot próbny zaplanowano na 18 września 2021 r. (sol 206) i miał być krótkim lotem na wysokości 16 stóp (5 metrów) z prędkością obrotową 2700 obr/min. Okazała się spokojna jazda, bo kreatywność postanowiła nie wystartować. Oto, co się stało: Ingenuity wykryło anomalie w dwóch małych serwomotorach sterowania lotem (lub po prostu „serwach”) podczas automatycznego wychodzenia przed lotem i zrobiło dokładnie to, co miało zrobić: odwołało lot.

Kreatywność kontroluje jego pozycję i kierunek w locie, dostosowując skok każdej z czterech łopat wirnika, gdy obracają się one wokół masztu. Nachylenie lemiesza reguluje się za pomocą mechanizmu tarczowego, który jest napędzany przez maszyny. Każdy rotor ma własną tarczę, która jest niezależnie sterowana, a każda tarcza jest zasilana przez trzy serwa, więc Ingenuity ma łącznie sześć serwomechanizmów. Silniki serwo są znacznie mniejsze niż silniki, które kręcą wirniki, ale wykonują ogromną pracę i są niezbędne do stabilnego i kontrolowanego lotu. Ze względu na swoje znaczenie, Ingenuity przeprowadza automatyczną kontrolę maszyn przed każdą podróżą. Ten autotest przeprowadza sześć maszyn przez serię kroków w ich zakresie ruchu i sprawdza, czy osiągnęły zamówione pozycje po każdym kroku. Pieszczotliwie nazywamy samotestowanie inteligencji serwo „oscylacjami serwo”.

Dane z anomalnych oscylacji serwomechanizmów przed lotem pokazują, że dwa z górnych ruchomych serw płytowych – serwa 1 i 2 – zaczęły oscylować z amplitudą około 1° wokół swoich kontrolowanych pozycji natychmiast po drugim etapie sekwencjonowania. Pomysłowość wykryła tę oscylację i natychmiast odwołała autotest i lot.

Nasz zespół wciąż bada tę anomalię. Aby zebrać więcej danych, firma Ingenuity przeprowadziła w ciągu ostatniego tygodnia dodatkowe testy oscylacyjne serwomechanizmów, z jednym testem oscylacyjnym 21 września 2021 r. (Sol 209), a drugim 23 września 2021 r. (Sol 211). Oba chybotliwe testy przebiegły pomyślnie, więc problemu nie da się w pełni odtworzyć.

Jedną z teorii na to, co się dzieje, jest to, że ruchome części w serwonapędach i wycięte połączenia zaczynają wykazywać pewne zużycie teraz, gdy Ingenuity wykonało ponad dwa razy więcej lotów niż pierwotnie planowano (13 ukończonych w porównaniu z pięcioma planowanymi). Zużycie tych ruchomych części może powodować zwiększenie luzu i luzu oraz może wyjaśniać drgania serwomechanizmu. Inna teoria mówi, że test wirowania z dużą prędkością pozostawił górną część wirnika w pozycji, która ładuje serwa 1 i 2 w unikalny, wywołujący oscylacje sposób, którego wcześniej nie spotkaliśmy. Mamy wiele dostępnych narzędzi do radzenia sobie z tą anomalią i jesteśmy optymistami, że przejdziemy przez to i wkrótce znów będziemy latać.

Nasz zespół będzie miał kilka tygodni na ukończenie naszej analizy, ponieważ Mars będzie w koniunkcji słonecznej do połowy października i nie będziemy w tym czasie kojarzyć żadnych sekwencji poleceń z kreatywnością. Koniunkcja to szczególny okres, w którym Mars porusza się za Słońcem (patrząc z Ziemi), co sprawia, że ​​komunikacja ze statkami kosmicznymi na Marsie jest zawodna. Jednak kreatywność nie będzie w tym czasie całkowicie bezczynna; Kreatywność i wytrwałość zostaną skonfigurowane tak, aby podtrzymać każdą inną firmę, komunikując się mniej więcej raz w tygodniu, a Ingenuity wysyła kluczowe informacje o kondycji systemu do swojej stacji bazowej na platformie Perseverance. Otrzymamy te dane na Ziemi, gdy sprzężenie się zakończy, i dowiemy się, jak działała kreatywność przez długi okres względnej bezczynności na Marsie. Do zobaczenia po drugiej stronie parowania!

Autor: Jaakko Karras, zastępca dyrektora kreatywnego Mars Helicopter Operations NASALaboratorium Napędów Odrzutowych