Laboratórium pohonných hmôt NASA nedávno oznámilo, že vyvíja malý vrtuľník, ktorý bude hľadať cestu pre budúce rovery Marsu. Prečo by potrebovali robotov s robotom Mars taký robotický sprievodca? Odpoveď je, že jazda na Marse je skutočne ťažká.
Tu na Zemi môžu roboti, ktorí skúmajú vulkanické ráfiky, alebo pomáhajú záchrancom, riadiť diaľkové ovládanie pomocou joysticku. Dôvodom je skutočnosť, že rádiové signály prichádzajú do robota z jeho riadiaceho centra takmer okamžite. Jazda na Mesiaci nie je o nič ťažšia. Rádiové signály pohybujúce sa rýchlosťou svetla trvá asi dve a pol sekundy, aby spiatočný let na Mesiac a späť. Toto oneskorenie nie je dosť dlhé na to, aby vážne narušilo jazdu s diaľkovým ovládaním. V sedemdesiatych rokoch sovietski riaditelia jazdili týmto spôsobom lunokodské rovery a úspešne skúmali viac ako 40 km lunárneho terénu.
Jazdenie na Marse je oveľa ťažšie, pretože je oveľa ďalej. V závislosti od polohy vzhľadom na Zem môžu signály trvať 8 až 42 minút pre spiatočnú cestu. Predprogramované pokyny sa musia zaslať do rovera, ktorý potom vykoná samostatne. Každá marťanská cesta si vyžaduje starostlivé plánovanie. Stereo snímky nasmerované navigačnými kamerami rovera sú inžiniermi starostlivo kontrolované. Obrázky z kozmickej lode obiehajúce okolo Marsu niekedy poskytujú ďalšie informácie.
Rover môže byť naprogramovaný tak, aby jednoducho vykonával zoznam vodičských príkazov odosielaných zo Zeme, alebo môže použiť obrázky nasnímané jeho navigačnými kamerami a spracované jeho palubnými počítačmi na meranie rýchlosti a zisťovanie prekážok alebo nebezpečenstiev samotných. Môže dokonca vykresliť svoju bezpečnú cestu k stanovenému cieľu. Pohony založené na pokynoch zo zeme sú najrýchlejšie.
Duch a príležitosť Marsu na prieskum Rovers Spirit mohli prísť až 124 metrov za hodinu. To zodpovedá asi dĺžke amerického futbalového ihriska. Ale tento režim bol tiež najmenej bezpečný.
Keď sa vozítko aktívne vedie so svojimi kamerami, pokrok je bezpečnejší, ale oveľa pomalší z dôvodu všetkého potrebného spracovania obrazu. Môže postupovať už za 10 metrov za hodinu, čo je asi vzdialenosť od bránkovej čiary k 10 yardovej čiare na americkom futbalovom ihrisku. Táto metóda sa musí použiť vždy, keď rover nemá jasný výhľad na cestu pred ním, čo je často prípad drsného a kopcovitého terénu.
Začiatkom roku 2015 bola najvzdialenejšia kuriozita za jediný deň 144 metrov. Najdlhšia denná cesta Opportunity bola 224 metrov, vzdialenosť dvoch polí amerického futbalu.
Ak by pozemné ovládače mohli získať lepší prehľad o ceste vpred, mohli by navrhnúť pokyny, ktoré umožnia budúcemu vozidlu bezpečne jazdiť oveľa ďalej za deň.
Tu prichádza myšlienka helikoptéry na bezpilotné lietadlá. Vrtuľník mohol každý deň lietať pred rover. Obrazy zhotovené z jeho leteckého výhodného bodu by boli pre pozemných dispečerov neoceniteľné pre identifikáciu miest vedeckého záujmu a plánovanie trás jazdy.
Lietanie vrtuľníkom na Marse predstavuje osobitné výzvy. Jednou z výhod je, že marťanská gravitácia je iba o 38% silnejšia ako gravitácia Zeme, takže vrtuľník by nemusel generovať toľko vzostupu ako jedna rovnaká hmota na Zemi. Lopatky vrtuľníka generujú zdvih tlačením vzduchu smerom nadol. Na Marse je to ťažšie ako na Zemi, pretože marťanská atmosféra je stokrát tenšia. Na vytlačenie dostatočného množstva vzduchu by sa lopatky vrtule museli otáčať veľmi rýchlo alebo byť veľmi veľké.
Vrtuľník musí byť schopný sám lietať s použitím predchádzajúcich pokynov a udržiavať stabilný let po vopred určenej trase. Musí pristávať a opakovane štartovať v skalnatom marťanskom teréne. Nakoniec musí byť schopný prežiť drsné podmienky na Marse, kde teplota klesá každú noc na 100 stupňov Fahrenheita alebo nižšie.
Inžinieri JPL navrhli helikoptéru s hmotnosťou 1 kilogram; nepatrný zlomok hmotnosti 900 kg roveru zvedavosti. Jeho lopatky vrtule sa pohybujú od hlavy špičky k špici lopatky 1,1 metra a sú schopné otáčať sa rýchlosťou 3400 otáčok za minútu. Telo má približne veľkosť tkanivovej skrinky.
Vrtuľník je poháňaný solárnou energiou, pričom disk solárnych článkov zhromažďuje každý deň dostatok energie na pohon letu dve až tri minúty a na zohriatie vozidla v noci. V tom čase môže lietať asi pol kilometra a zhromažďovať obrázky pre prenos na pozemnú kontrolu. Inžinieri očakávajú, že prieskum, ktorý zhromažďuje robotická helikoptéra, bude neoceniteľný pri plánovaní jazdných roverov, čo strojnásobí vzdialenosť, ktorú je možné prejsť za deň.
Referencie a ďalšie čítanie:
Ďakujeme Markovi Maimoneovi z NASA Jet Propulsion Laboratory za informácie o denných jazdných vzdialenostiach kuriozity a príležitosti.
J J. Biesiadecki, P. C. Leger a M.W. Maimone (2007), „kompromisy medzi riadenou a autonómnou jazdou na prieskumných roveroch Marsu“, The International Journal of Robotics Research, 26 (1), 91-104
E. Howell, Príležitosť Mars rover putuje okolo 41 kilometrov smerom k „Marathon Valley“, Space Magazine, december 2014.
T. Reyes, Neuveriteľná cesta, rover na Mars zvedavosť dosahuje základňu Mount Sharp. Space Magazine, september 2014.
Vrtuľník by mohol byť „skautom“ pre Mars rovery. Tlačová správa NASA Jet Propulsion Laboratory. 22. januára 2015.
Crazy Engineering: Vrtuľník Mars. Videozáznam laboratória pohonu NASA Jet.
Kuriozita - Mars Science Laboratory, NASA.
Plány Mars - Buder rover. NASA
