Вертолетик, который смог: как Ingenuity совершил революцию в космонавтике

К хорошему быстро привыкаешь. Если поначалу за новостями о ходе миссии Ingenuity следил едва ли не весь мир, то на второй год блог марсианского вертолета регулярно проверяли лишь самые преданные фанаты космонавтики. Мысль о том, что он в любой момент может выйти из строя забылась. Летает себе и летает, иногда случаются какие-то неполадки, но ведь с кем не бывает, правда? Ни одной миссии без проблем не бывало. Но физику не обманешь, рано или поздно что-то обязано сломаться.

Тревожные новости пришли 19 января, когда в отчете о полете под номером 72 появилась строчка «связь между марсоходом и вертолетом прервалась до посадки последнего». Через пару дней до Ingenuity удалось «дозвониться» и получить телеметрию, а также снимки с его камер. Финиш. Дальнейшая эксплуатация невозможна — одна из лопастей стала меньше на четверть. Тот факт, что вертолет стоит на своих ножках вертикально, можно сказать, уже чудо.

Тень обломанной лопасти на марсианском грунте / © NASA, JPL-Caltech

Что именно произошло в 72-м полете, пока не до конца ясно. Вертолет должен был просто подтвердить свою работоспособность и осмотреться. Предыдущий полет 6 января завершился экстренной посадкой из-за срабатывания защитной программы, поэтому команда миссии не знала точное местонахождение Ingenuity. В свой 72-й полет он поднялся на 12 метров, провисел четыре с половиной секунды и начал снижаться со скоростью метр в секунду. Но на последнем метре связь прервалась, а когда с вертолетом снова установили контакт, его лопасть уже была сломана.

По основной версии, виной всему недостаток данных для системы визуальной ориентации. Во время полета Ingenuity «понимает», где он находится, анализируя снимки марсианской поверхности под ним. Если детали смещаются — значит, он летит. Если остаются на месте — он завис в воздухе. Но когда поверхность монотонная, без единого камушка, система может дать сбой. Это пока что основная гипотеза, которую сообщил Ховард Грип (Håvard Fjær Grip), «почетный пилот» марсианского вертолета на брифинге 25 января. Ее подтверждает тот факт, что при детальном изучении снимков с навигационной камеры повреждения обнаружились и на еще одной лопасти.

Команде миссии не до конца понятно, что именно случилось первым: обрыв связи каким-то образом повлиял на поведение Ingenuity или связь оборвалась из-за того, что вертолет потерял ориентацию в пространстве. Еще один вероятный вариант — банальный износ деталей. Диагностические изображения после 71-го полета показали деформацию лопастей. Возможно, углеродное волокно со временем потеряло прочность, изогнулось или треснуло, что и привело к нестабильному поведению во время полета.

Превзошел все ожидания

До того как перейти к наследию Ingenuity, тому революционному сдвигу парадигмы в освоении космоса, который вызывал успех марсианского вертолета, отдадим должное его рекордам. Первоначальный план подразумевал как минимум один полет и максимум пять полетов в течение 30 солов (марсианских дней). На большее никто не рассчитывал, основная задача Ingenuity — подтвердить саму возможность управляемого механизированного полета в марсианской атмосфере.

Но он взлетел. Да, не с первого раза, были неполадки с программным обеспечением. А затем еще раз. И еще. Полный успех миссии Ingenuity объявили после третьего полета. И возникла забавная ситуация: вертолет полностью исправен, функционирует лучше ожидаемого, но его пора бросать. Дело в том, что началась основная миссия марсохода Perseverance, он больше не мог стоять на месте и наблюдать за своим «младшим товарищем», попутно ретранслируя сигналы на Землю.

Эпохальное селфи Perseverance с Ingenuity / ©NASA, JPL-Caltech, MSSS

Тогда команда Ingenuity в Лаборатории реактивного движения (NASA JPL) предложила то, о чем во время разработки марсианского вертолета можно было только мечтать. А что если он будет помогать марсоходу, работать разведчиком? Процедуры взаимодействия двух роботов немного пересмотрели, и понеслась. Следующие два с половиной года Ingenuity служил дополнительными «глазами» для своего товарища Perseverance. Он осматривал местность впереди по запланированному маршруту марсохода и делал снимки геологических формаций, до которых тот не мог доехать.

Вместо пяти полетов он совершил 72. Вместо пары минут он провел в марсианском воздухе почти 129 (два часа, восемь минут 55 секунд). Общая дальность полета достигла 17 242 метров. Высота — 24 метров, при плановых 12. И все это смог сделать аппарат, в котором большая часть компонентов никогда не предназначалась для работы в условиях открытого космоса или другой планеты.

Наследие Ingenuity

Начать стоит с того, что марсианский вертолет не должен был случиться. Значительную часть всего времени проработки проекта Mars 2020 (миссия ровера Perseverance) идея добавить к марсоходу технологический демонстратор инопланетного вертолета встречала мощную оппозицию. Руководство Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA), многие именитые инженеры и ученые — крупнейшие персоналии в американской космонавтике были против.

Только благодаря энтузиазму, профессионализму и умению убеждать, команда Ingenuity смогла обеспечить своему детищу место под солнцем. Для этого потребовалось буквально доказать, что вертолет никаким образом не помешает работе марсохода и не создаст для него дополнительных рисков. В основную миссию Ingenuity включили едва ли не на птичьих правах — отсюда жесткое окно длительностью 30 солов для тестирования, низкий приоритет в сеансах связи и статус демонстратора технологий.

Фото песчаных дюн на Марсе с высоты 12 метров, сделанное Ingenuity в свой 70-й полет. Скорее всего, это последний кадр с марсианского вертолета, имеющий научную ценность. Роверу Perseverance никогда не заехать в такие пески, поэтому их исследование возможно только с воздуха / © NASA, JPL-Caltech

Оттого и успех вертолета столь значим. В истории космонавтики, если хорошо покопаться, полным полно таких вот диких на первый взгляд идей, вроде «а давайте добавим основному аппарату такой прибор (модуль, сопутствующий маленький аппарат) лишь бы попробовать-проверить». И все они жестко «зарубаются» еще на стадии обсуждения концепции. Из удавшихся затей такого рода с ходу вспоминаются только аэростатные зонды, составившие компанию советским АМС «Вега», которые исследовали атмосферу Венеры. Что характерно — тоже летательные аппараты, только не управляемые и не механизированные.

Сформулируем главные тезисы, подтвержденные на практике без малого тремя годами работы Ingenuity.

• В атмосфере Марсе можно летать.
• Аппарат, собранный из компонентов, не прошедших сертификацию для аэрокосмического использования, может успешно работать на другой планете.
• Имеющий низкий организационный и научный приоритет, дешевый технологический демонстратор можно отправить в качестве компаньона основной миссии без риска для нее, а в случае успеха он еще и приумножит ее результаты.

В теории эти пункты не вызывают сомнения, тем более что частично или полностью они уже были проверены. По крайней мере, по отдельности. Фурор Ingenuity заключается в том, что марсианский вертолет «собрал бинго», которое теперь можно использовать в качестве аргумента при планировании следующих миссий. Эффект уже заметен: для сбора образцов грунта к точке отправки с Марса (Mars Sample Return) будут использоваться два вертолета. А на борту аппарата Psyche, отправившегося к одноименному астероиду в прошлом декабре, находится инструмент Deep Space Optical Communications (DSOC) — такой же технологический демонстратор, как и Ingenuity. Только для передачи данных с помощью лазерного луча.

Отдельная история — проекты вроде Dragonfly, мультироторного летающего робота для исследования Титана, спутника Сатурна. Эта миссия разрабатывается с начала 2000-х и успела как минимум дважды поменять свой облик. Успех Ingenuity если не повлиял на эти изменения напрямую, то уж точно добавил уверенности инженерам, которые занимаются разработкой амбициозного аппарата.

Вместо заключения

Марсианский вертолет — далеко не первый проект JPL в частности и человеческой космонавтики в целом, который радикально превзошел все запланированные сроки службы и поставленные задачи. Надеемся, что он не будет последним. В сердцах всех любителей космоса, науки и технологий Ingenuity останется навсегда. Покойся с миром, маленький отважный покоритель внеземного неба.