Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA mới đây đã tuyên bố rằng họ đang phát triển một máy bay trực thăng không người lái nhỏ để tìm đường cho những người đi trên sao Hỏa trong tương lai. Tại sao các rovers sao Hỏa cần một hướng dẫn robot như vậy? Câu trả lời là lái xe trên sao Hỏa thực sự khó khăn.
Ở đây trên Trái đất, robot khám phá vành núi lửa, hoặc hỗ trợ nhân viên cứu hộ, có thể được điều khiển bằng điều khiển từ xa, bằng cần điều khiển. Điều này là do tín hiệu vô tuyến truyền đến robot từ trung tâm điều khiển của nó gần như ngay lập tức. Lái xe trên mặt trăng là khó hơn nhiều. Tín hiệu vô tuyến truyền đi với tốc độ ánh sáng mất khoảng hai giây rưỡi để thực hiện chuyến đi vòng quanh mặt trăng và trở lại. Sự chậm trễ này không đủ lâu để can thiệp nghiêm trọng vào việc điều khiển từ xa. Vào năm 1970, những người điều khiển Xô Viết đã lái chiếc máy bay mặt trăng Lunokhod theo cách này, khám phá thành công hơn 40 km địa hình mặt trăng.
Lái xe trên sao Hỏa khó hơn nhiều, vì nó ở rất xa. Tùy thuộc vào vị trí của nó đối với Trái đất, tín hiệu có thể mất từ 8 đến 42 phút cho chuyến đi khứ hồi. Các hướng dẫn được lập trình sẵn phải được gửi đến rover, sau đó nó sẽ tự thực hiện. Mỗi ổ sao Hỏa mất hàng giờ lập kế hoạch cẩn thận. Hình ảnh âm thanh nổi được chụp bởi các camera điều hướng rover trên máy ảnh được các kỹ sư xem xét kỹ lưỡng. Hình ảnh từ tàu vũ trụ quay quanh Sao Hỏa đôi khi cung cấp thêm thông tin.
Một rover có thể được lập trình để đơn giản thực hiện một danh sách các lệnh lái xe được gửi từ Trái đất hoặc nó có thể sử dụng hình ảnh được chụp bởi các camera điều hướng của nó và được xử lý bởi các máy tính trên máy bay để đo tốc độ và tự phát hiện chướng ngại vật hoặc nguy hiểm. Nó thậm chí có thể vẽ đường dẫn an toàn của chính nó đến một mục tiêu được chỉ định. Ổ đĩa dựa trên hướng dẫn từ mặt đất là nhanh nhất.
Tinh thần và cơ hội thám hiểm sao Hỏa có thể lái xe lên tới 124 mét trong một giờ theo cách này. Điều này tương ứng với chiều dài của một sân bóng đá Mỹ. Nhưng chế độ này cũng kém an toàn nhất.
Khi rover chủ động hướng dẫn chính nó bằng máy ảnh của mình, tiến trình sẽ an toàn hơn, nhưng chậm hơn nhiều vì tất cả các xử lý hình ảnh cần thiết. Nó có thể tiến triển ít nhất là 10 mét một giờ, đó là khoảng cách từ vạch cầu môn đến vạch 10 yard trên sân bóng đá Mỹ. Phương pháp này phải được sử dụng bất cứ khi nào rover doesn có một cái nhìn rõ ràng về tuyến đường phía trước, điều này thường xảy ra do địa hình gồ ghề và đồi núi.
Tính đến đầu năm 2015, sự tò mò xa nhất đã thúc đẩy trong một ngày là 144 mét. Cơ hội hàng ngày ổ đĩa dài nhất là 224 mét, một khoảng cách bằng hai sân bóng đá Mỹ.
Nếu những người điều khiển mặt đất có thể có được cái nhìn tốt hơn về con đường phía trước, họ có thể nghĩ ra những chỉ dẫn cho phép một người lái xe trong tương lai lái xe an toàn hơn nhiều trong một ngày.
Đó là nơi mà ý tưởng về một máy bay trực thăng không người lái xuất hiện. Máy bay trực thăng có thể bay ra trước máy bay mỗi ngày. Hình ảnh được tạo ra từ điểm thuận lợi trên không của nó sẽ là vô giá đối với các bộ điều khiển mặt đất để xác định các điểm quan tâm khoa học và lập kế hoạch các tuyến đường lái xe để đến đó.
Bay trực thăng trên Sao Hỏa đặt ra những thách thức đặc biệt. Một lợi thế là lực hấp dẫn của sao Hỏa chỉ mạnh bằng 38% so với Trái đất, do đó, chiếc trực thăng sẽ không cần phải tạo ra lực nâng tương đương với một khối lượng tương tự trên Trái đất. Một cánh quạt máy bay trực thăng cánh quạt máy bay trực thăng tạo ra lực nâng bằng cách đẩy không khí xuống dưới. Điều này khó thực hiện trên Sao Hỏa hơn trên Trái đất, bởi vì bầu khí quyển sao Hỏa mỏng hơn hàng trăm lần. Để thay thế đủ không khí, các cánh quạt sẽ cần quay rất nhanh, hoặc rất lớn.
Máy bay phải có khả năng tự bay, sử dụng các hướng dẫn trước, duy trì chuyến bay ổn định dọc theo tuyến đường được chỉ định trước. Nó phải hạ cánh và cất cánh liên tục trong địa hình đá sao Hỏa. Cuối cùng, nó phải có khả năng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt của Sao Hỏa, nơi nhiệt độ giảm xuống 100 độ F hoặc thấp hơn mỗi đêm.
Các kỹ sư của JPL đã thiết kế một máy photocopy có khối lượng 1 kg; một phần rất nhỏ của khối lượng 900 kg của người đi đường Curiosity. Lưỡi cánh quạt của nó kéo dài 1,1 mét từ đầu lưỡi đến đầu lưỡi và có khả năng quay với tốc độ 3400 vòng / phút. Cơ thể có kích thước của một hộp khăn giấy.
Máy photocopy được chạy bằng năng lượng mặt trời, với một đĩa pin mặt trời thu thập đủ năng lượng mỗi ngày để cung cấp năng lượng cho chuyến bay từ hai đến ba phút và làm nóng chiếc xe vào ban đêm. Nó có thể bay khoảng nửa km trong thời gian đó, thu thập hình ảnh để truyền đến kiểm soát mặt đất khi nó đi. Các kỹ sư hy vọng rằng việc trinh sát rằng máy bay không người lái tập hợp sẽ là vô giá trong việc lên kế hoạch cho một ổ đĩa rover, tăng gấp ba quãng đường có thể đi được trong một ngày.
Tài liệu tham khảo và đọc thêm:
Cảm ơn Mark Maimone của Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA để biết thông tin về khoảng cách lái xe hàng ngày của Sự tò mò và Cơ hội.
J.J. Biesiadecki, P. C. Leger và M.W. Maimone (2007), sự đánh đổi giữa lái xe trực tiếp và tự trị trên tàu thám hiểm sao Hỏa
E. Howell, Cơ hội rước sao Hỏa vượt qua 41 km về phía ‘Marathon Valley, Tạp chí Vũ trụ, tháng 12 năm 2014.
T. Reyes, Một hành trình đáng kinh ngạc, Mars Curiosity rover đến căn cứ của Núi Sharp. Tạp chí vũ trụ, tháng 9 năm 2014.
Máy bay trực thăng có thể là ‘trinh sát cho các tay đua sao Hỏa. Phòng thí nghiệm sức đẩy phản lực của NASA Thông cáo báo chí. Ngày 22 tháng 1 năm 2015.
Crazy Engineering: Máy bay trực thăng sao Hỏa. Video phòng thí nghiệm động cơ phản lực của NASA.
Tò mò- Phòng thí nghiệm khoa học sao Hỏa, NASA.
Mars- kế hoạch rover tương lai. NASA
