Ingenuity e l’atmosfera di Marte, una nuova sfida per i voli. I ricercatori, durante i mesi trascorsi ad effettuare i voli, hanno imparato molto sull’utilizzo di un elicottero su Marte. I voli hanno permesso di esplorare in dettaglio tutti i punti di forza e i limiti di Ingenuity, rendendolo così un’incredibile piattaforma di ricognizione altamente sofisticata.
I voli su Marte, attraverso le conoscenze acquisite, sono divenuti per molti versi più facili di quanto non lo fosse all’inizio. In realtà, per ogni giorno che passa sta diventando sempre più complicato effettuare i voli. Questo a causa della densità atmosferica, che era già estremamente bassa e ora sta calando ulteriormente, a causa delle variazioni stagionali su Marte.
I ricercatori, quando hanno progettato e testato Ingenuity sulla Terra, si aspettavano che la missione di cinque voli di Ingenuity, fosse completata entro i primi mesi dopo l’atterraggio di Perseverance, avvenuto a febbraio del 2021. Per questa tempistica i voli programmati si basavano su una densità atmosferica compresa tra i 0,0145 e i 0,0185 kg/m3. Questa è una quantità che equivale all’1,2-1,5% della densità atmosferica terrestre presente al livello del mare.
L’atmosfera di Marte e i voli di Ingenuity
Ingenuity, arrivato al sesto mese di attività su Marte, si ritrova in una stagione in cui le densità presente nel cratere Jezero sta scendendo a livelli ancora più bassi. I ricercatori, nei prossimi mesi, hanno calcolato una densità fino allo 0,012 kg/m3 equivalente all’1,0% della densità terrestre durante il pomeriggio, l’orario più idoneo per il volo.
La differenza di atmosfera potrà sembrare infinitesimale, ma in realtà ha un impatto piuttosto significativo sulla capacità di volo di Ingenuity. I ricercatori sanno che toccando il limite di progetto inferiore per la densità atmosferica dello 0,0145 kg/m3, l’elicottero ha un margine di spinta di almeno il 30%.
Il margine di spinta non è altro che la spinta in eccesso che Ingenuity può produrre al di sopra e al di là di ciò che è necessario per potersi librare. Questa è una spinta aggiuntiva di cui l’elicottero ha bisogno per decollare e salire, da usare durante le manovre e quando si trova a tracciare un terreno con altezza variabile.
Se la densità atmosferica dovesse scendere allo 0,012 kg/m 3 nei prossimi mesi, il margine di spinta dell’elicottero potrebbe diminuire fino all’8%. Questo significa che Ingenuity opererebbe vicino allo stallo aerodinamico, ossia una condizione in cui aumenta ulteriormente l’angolo di attacco della lama, arrivando così a non produrre più portanza ma solo più resistenza.
Risolvere il problema atmosferico
I ricercatori hanno già un metodo per affrontare questo problema. La soluzione consiste nel far girare i rotori di Ingenuity ancora più velocemente di quanto abbiamo fatto fino ad ora, sia su Marte che con uno qualsiasi degli elicotteri di prova utilizzati sulla Terra.
L’operazione non è una cosa da prendere alla leggera. Per questo le prossime operazioni che verranno effettuate su Marte, si concentreranno sul testare attentamente le velocità del rotore più elevate, per la preparazione dei futuri voli.
L’operazione comincerà con l’esecuzione di una rotazione ad alta velocità del rotore senza però lasciare il suolo. In questo modo sarà raggiunta una velocità di picco del rotore di 2.800 giri/min, arrivando ad un aumento del 10% rispetto al precedente volo su Marte, che corrispondeva a 2.537 giri/min.
Successivamente, se l’operazione dovesse andare a buon fine, verrà eseguito un breve volo di prova, ad una velocità del rotore leggermente inferiore a 2.700 giri/min. La missione, che corrisponderà al 14° volo, sarà relativamente più noiosa rispetto a uno qualsiasi dei voli precedenti, in cui sono state percorse lunghe distanze per acquisire immagini di interesse per il team del rover Perseverance.
Il 14° volo di Ingenuity
Il breve volo di Ingenuity prevede di farlo alzare fino ad un’altezza di 5 metri, eseguire una piccola traslazione, ossia uno spostamento laterale, per poi atterrare nuovamente.
Questa prova, nonostante non fornisca dei dati avvincenti, servirà a comprendere le conseguenze di un aumento dei giri disponibili, da 2.537 a 2.700, da usare durante le future missioni di volo di Ingenuity e di ricognizione per Perseverance a densità atmosferiche inferiori.
Un aumento di velocità potrebbe comportare una serie di potenziali problemi. Uno di questi ha a che fare con l’aerodinamica. Infatti, una velocità del rotore di 2.800 giri/min, in combinazione con il movimento del vento e dell’elicottero, potrebbe far sì che le punte delle pale del rotore incontrino l’aria a quasi 0,8 Mach, ovvero l’80% della velocità di suono presente su Marte.
La velocità del suono presente su Marte, è leggermente inferiore a quella a cui siamo abituati, di circa ¾ della velocità del suono sulla Terra. Se le punte delle pale si dovessero avvicinare sufficientemente alla velocità del suono, sperimenterebbero un aumento della resistenza aerodinamica, che potrebbe risultare proibitivo per il volo. I ricercatori non pensano che ciò possa accadere, ma non hanno neppure alcuna sicurezza che non avvenga non avendo eseguito alcun test di conferma sulla Terra.
I ricercatori devono anche assicurarsi di non creare danni ai sistemi meccanici, all’hardware o causare un deterioramento delle letture dei sensori, strumenti necessari al sistema di controllo del volo.
Questo volo segna una sfida significativa. I ricercatori lo affronteranno in modo attento e metodico, cercando, in maniera costante, di controllare completamente il sistema a velocità del rotore più elevate, consentendo così ad Ingenuity di continuare a volare nei mesi a venire.
FONTE:
https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/status/334/flying-on-mars-is-getting-harder-and-harder/
