Arriva l’inverno su Marte: ogni giorno potrebbe essere l’ultimo per Ingenuity

Con meno luce diurna che raggiunge il pannello solare dell’Ingenuity Mars Helicopter, sarà probabilmente difficile mantenerne cariche le batterie. Si ritiene che soffra già di cali di tensione della batteria durante la notte ed è già stato necessario effettuare un reset del sistema per ripristinare l’elettronica. È anche probabile che la potenza del riscaldatore sia insufficiente per mantenere l’elettronica nel giusto intervallo di sicurezza della temperatura.

Per la prima volta si sono perse le comunicazioni con Ingenuity dal downlink del 3 maggio (Sol 427) e del 4 maggio (Sol 428). Dopo una settimana di indagine sulle anomalie, due sol dedicati alla raccolta dei dati e gli sforzi dei team operativi di Perseverance e Ingenuity, sono molto felice di comunicare che abbiamo ristabilito comunicazioni affidabili con Ingenuity. Sulla base di tutta la telemetria disponibile, l’elicottero sembra in buona salute e abbiamo ripreso una forma modificata di operazioni. Supponendo che le attività di rimessa in servizio invernale vengano completate nominalmente, il 29° volo di Ingenuity potrebbe verificarsi nei prossimi sol.

Sfide come queste sono prevedibili: dopo centinaia di sol e dozzine di voli in più rispetto ai cinque voli originariamente previsti, l’elicottero a energia solare si trova su un terreno inesplorato. Ora operiamo ben oltre i nostri limiti di progettazione originali. Storicamente, Marte è molto impegnativo per i veicoli spaziali (in particolare i veicoli spaziali a energia solare). Ogni sol potrebbe essere l’ultimo di Ingenuity.

Di seguito è riportato un riepilogo della nostra indagine sull’anomalia nelle ultime due settimane, la nostra elevata posizione di rischio invernale e i possibili percorsi da percorrere per Ingenuity durante l’inverno e oltre.

Sol 427 e 428: perdita di comunicazioni

Abbiamo raggiunto il punto nel tardo autunno/inizio inverno marziano in cui Ingenuity non può più supportare il fabbisogno energetico delle operazioni nominali. A partire dalla sera del Sol 426, riteniamo che Ingenuity abbia iniziato a sperimentare cali di tensione della batteria durante la notte, che resettano l’elettronica. A causa della diminuzione stagionale dell’energia solare disponibile, dell’aumento della densità della polvere nell’aria e del calo delle temperature, la richiesta di energia per mantenere l’elettronica alimentata e calda per tutta la notte ha superato il budget energetico disponibile di Ingenuity.

Di seguito è riportato un grafico delle condizioni ambientali del cratere Jezero. La linea nera è un modello climatologico della densità di polvere nell’aria (chiamata “tau”) in un anno marziano e l’insolazione giornaliera prevista (quantità di raggi solari che raggiungono il pannello solare) è illustrata nella linea tratteggiata verde. Siamo ora nella parte dell’anno marziano con il picco tau, combinato con la diminuzione dell’insolazione. In questo grafico non è mostrata la tendenza aggiuntiva delle temperature medie giornaliere più basse, che si aggiungono alla domanda di energia di Ingenuity. Prevediamo di restare in questo impegnativo paradigma energetico invernale fino a circa sol 600, a quel punto prevediamo di tornare a riavere abbastanza energia giornaliera.

Mentre in inverno, ogni notte ci aspettiamo che il nostro SOC della batteria scenda abbastanza basso:

1. Componenti per il ciclo del freddo: il nostro termostato del riscaldatore non è più in grado di mantenere la batteria (e l’elettronica circostante) al setpoint programmato (ad es. meno 25 ° C). Di conseguenza, prevediamo che l’elettronica di Ingenuity raggiunga durante la notte temperature ambiente di circa meno 80 °C. Impatto 1: questo ciclo a freddo ogni notte rappresenta un rischio per l’integrità dei nostri componenti elettronici.
2. Orologio della missione cancellato: la batteria non può più supportare i nostri regolatori di tensione e l’orologio della missione. Questo calo notturno ripristina (o cancella) il nostro orologio di missione. Impatto 2: ogni mattina, quando Ingenuity si riscalda, carica la batteria scarica e tenta di accendere il computer, si avvia secondo una pianificazione di allarme disallineata, che non è sincronizzata con Perseverance.

Quando Perseverance ha tentato di comunicare con Ingenuity la mattina dei sol 427 e 428, Ingenuity non ha risposto perché si stava svegliando all’ora sbagliata. Il team ha reagito collegando un’attività di ricerca full-sol con la Helicopter Base Station (HBS) a bordo di Perseverance per tentare di comunicare con Ingenuity, che ha avuto successo.

Dal Sol 429 e in ogni sol da allora (ad eccezione dei Sol 444 e 445, che non contenevano attività per elicottero), siamo stati in contatto quotidiano con Ingenuity utilizzando attività di ricerca mattutine simili durante quelli che riteniamo essere i momenti più probabili in cui Ingenuity dovrebbe essere sufficientemente carico per tentare di avviare la sua elettronica. Queste attività di ricerca mattutine riprogrammano l’orologio della missione dell’elicottero ad ogni sol, il che, per la durata di quel sol, consente ad ulteriori attività programmate di utilizzare l’energia che abbiamo a disposizione. Attualmente, raggiungiamo il tramonto con circa il 68% di SOC, con una necessità stimata di almeno il 70% per mantenere tutto alimentato durante la notte. Il nostro deficit SOC del 2% dovrebbe crescere fino a raggiungere un deficit del 7% una volta raggiunto il solstizio d’inverno (Sol 500 a luglio), a quel punto le condizioni inizieranno a migliorare.

Tutta la telemetria finora collegata in downlink suggerisce che Ingenuity è in salute, senza segni di danni causati dai cicli di freddo notturni. Questa ricerca mattutina seguita da attività serali è la nostra nuova normalità per l’immediato futuro.

Postura a rischio invernale

I nostri ultimi modelli suggeriscono che, indipendentemente dalle modifiche alla nostra strategia sul termostato notturno, sarà estremamente impegnativo o addirittura impossibile mantenere i nostri componenti del modulo di base dell’elettronica (ECM) caldi e entro le loro temperature nominali durante la notte. Sebbene il guasto dei componenti sia sempre stato un rischio che ci siamo assunti dall’implementazione del rover, tale rischio è ora amplificato. I componenti dell’ECM venivano normalmente mantenuti al caldo durante la notte dal nostro riscaldatore della batteria (in genere impostato su meno 15°, meno 20° o meno 25° C). Prevediamo che i componenti ECM stiano ora effettuando un ciclo termico fino a temperature ambientali notturne di meno 80° C. Abbiamo test dei componenti ECM limitati per suggerire che alcuni componenti potrebbero sopravvivere durante l’inverno, ma non possiamo prevedere come se la caverà l’intero ECM durante l’inverno.

Operazioni invernali e oltre

Data la nostra elevata posizione di rischio, negli ultimi sol il nostro obiettivo è stato dare la priorità ai dati in downlink da Ingenuity a HBS. Abbiamo ancora una manciata di attività di trasferimento da elicottero a HBS prima che tutti i dati univoci vengano copiati da Ingenuity all’HBS. In particolare, stiamo copiando i registri delle prestazioni di volo, i registri dell’elettronica e le immagini a colori ad alta risoluzione degli ultimi otto voli che sono ancora a bordo di Ingenuity.

Dopo che tutti i registri critici saranno stati trasferiti, il team procederà con una fase di rimessa in servizio durante la quale ristabiliremo la prontezza al volo di Ingenuity, dato il nostro continuo ciclo a freddo notturno. Come durante la fase di dimostrazione tecnologica, eseguiremo una rotazione ad alta velocità prima di procedere al volo. Se Ingenuity ricevesse un buono stato di salute, saremmo pronti per eseguire una breve sortita a sud-ovest con il volo 29. Questo volo migliorerà il nostro collegamento radio per circa i prossimi quattro o sei mesi mentre Perseverance campiona il delta del fiume.

Nel frattempo, il team del software di volo di Ingenuity preparerà una serie di aggiornamenti per abilitare funzionalità di navigazione avanzate. Queste nuove capacità aiuteranno Ingenuity a risalire il delta del fiume e continuare le sue missioni come esploratore avanzato per Perseverance durante il prossimo inverno.

Prossimi passi

I team operativi di Perseverance e Ingenuity hanno svolto un lavoro straordinario nel ristabilire comunicazioni affidabili con Ingenuity. A partire da Sol 446, il team ha trasferito circa 3.500 megabit (Mb) di dati da Ingenuity a HBS on Perseverance. Ci sono circa 400 Mb di dati rimanenti su Ingenuity di registri e immagini non critici che verranno trasferiti presto, mentre il team procede con gli sforzi di rimessa in servizio questa settimana. Se il collegamento radio tra Perseverance e Ingenuity rimarrà stabile e Ingenuity riceverà un buono stato di salute, speriamo di eseguire il volo 29 nei prossimi sol.

Scritto da Teddy Tzanetos, Ingenuity Team Lead presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA.