Nu frilagd från sin skyddande kolfibersköld, Helikoptern förbereds för nästa steg.

NASA siktar tidigast den 8 april på att Ingenuity Mars Helicopter ska göra det första försöket att driva, kontrollerad flygning av ett flygplan på en annan planet. Innan den 1,8 kilo tunga rotorfarkosten kan prova sin första flygning, dock, både det och dess team måste uppfylla en rad skrämmande milstolpar.

Snyggheten är fortfarande fäst vid magen på NASA:s Perseverance-rover, som landade på Mars den 18 februari. Den 21 mars, Roveren använde den gitarrfodralformade grafitkompositskölden som skyddade uppfinningsrikedom under landning. Rovern är för närvarande på väg till "flygfältet" där Ingenuity kommer att försöka flyga. När det väl är utplacerat, Snyggheten kommer att ha 30 marsdagar, eller sols, (31 Earth days) för att genomföra sin testflygkampanj.

"När NASA:s Sojourner-rover landade på Mars 1997, det bevisade att det var möjligt att ströva runt på den röda planeten och helt omdefinierade vår inställning till hur vi utforskar Mars. Liknande, vi vill lära oss om den potential som uppfinningsrikedom har för framtiden för vetenskaplig forskning, sa Lori Glaze, chef för Planetary Science Division vid NASA:s högkvarter. "Detta passande, Ingenuity är en teknikdemonstration som syftar till att vara den första motordrivna flygningen på en annan värld och, om det lyckas, kan ytterligare utöka våra horisonter och bredda omfattningen av vad som är möjligt med Mars-utforskning."

Att flyga på ett kontrollerat sätt på Mars är mycket svårare än att flyga på jorden. Den röda planeten har betydande gravitation (ungefär en tredjedel av jordens), men dess atmosfär är bara 1 % så tät som jordens vid ytan. Under Mars dagtid, planetens yta tar bara emot ungefär hälften av mängden solenergi som når jorden under dess dagtid, och natttemperaturer kan sjunka så lågt som minus 130 grader Fahrenheit (minus 90 grader Celsius), som kan frysa och spricka oskyddade elektriska komponenter.

För att passa in i det tillgängliga boendet som tillhandahålls av Perseverance rover, Ingenuity-helikoptern måste vara liten. Att flyga i Mars miljö, den måste vara lätt. För att överleva de kyliga marsnätterna, den måste ha tillräckligt med energi för att driva interna värmare. Systemet – från dess rotorers prestanda i förtärnad luft till dess solpaneler, elektriska värmare, och andra komponenter – har testats och omtestats i vakuumkamrarna och testlabben i NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien.

"Varje steg vi har tagit sedan denna resa började för sex år sedan har varit okänt territorium i flygplanens historia, sa Bob Balaram, Mars Helicopter chefsingenjör vid JPL. "Och samtidigt som det kommer att vara en stor utmaning att komma ut till ytan, överlevde den första natten på Mars ensam, utan att rovern skyddar den och håller den driven, kommer att bli ännu större."

Utplacering av helikoptern

Innan Ingenuity tar sin första flygning på Mars, det måste vara rakt i mitten av flygfältet – en 33 x 33 fot (10 x 10 meter) del av Mars-fastigheter som valts ut för sin planhet och bristen på hinder. När helikopter- och roverteamen bekräftar att Perseverance ligger precis där de vill att den ska vara inne på flygfältet, den komplicerade processen att placera ut helikoptern på Mars yta börjar.

"Som med allt med helikoptern, denna typ av utplacering har aldrig gjorts tidigare, sa Farah Alibay, Mars Helicopter integrationsledare för Perseverance-rovern. "När vi väl startar utbyggnaden finns det ingen återvändo. Alla aktiviteter är nära samordnade, irreversibel, och beroende av varandra. Om det ens finns en antydan om att något inte går som förväntat, vi kan besluta att vänta en sol eller mer tills vi har en bättre uppfattning om vad som händer."

Helikopterplaceringsprocessen kommer att ta cirka sex sol (sex dagar, fyra timmar på jorden). På den första solen, teamet på jorden kommer att aktivera en bultbrytare, släpper en låsmekanism som hjälpte till att hålla helikoptern stadigt mot roverns mage under uppskjutning och Mars-landning. Följande sol, de kommer att avfyra en kabelskärande pyroteknisk anordning, gör det möjligt för den mekaniserade armen som håller Ingenuity att börja rotera helikoptern ur sitt horisontella läge. Det är också då rotorfarkosten kommer att förlänga två av sina fyra landningsben.

Under den tredje solen i distributionssekvensen, en liten elmotor kommer att sluta rotera Ingenuity tills den låser sig, att föra helikoptern helt vertikalt. Under den fjärde solen, de två sista landningsbenen snäpper fast. På var och en av de fyra solerna, vidvinkeltopografiska sensorn för operationer och teknik (WATSON) kommer att ta bekräftelsebilder av uppfinningsrikedom när den stegvis utvecklas till sin flygkonfiguration. I sin slutliga position, Helikoptern kommer att hänga upphängd på cirka 5 tum (13 centimeter) över Mars-ytan. Vid det tillfället, endast en enda bult och ett par dussin små elektriska kontakter kommer att ansluta helikoptern till Perseverance. På utplaceringens femte sol, teamet kommer att använda det sista tillfället att använda Perseverance som strömkälla och ladda Ingenuitys sex battericeller.

"När vi klippte av sladden med Perseverance och tappar de sista 5 tum till ytan, vi vill att vår stora vän ska köra iväg så fort som möjligt så att vi kan få solens strålar på vår solpanel och börja ladda våra batterier, sa Balaram.

På den sjätte och sista planerade solen i denna utbyggnadsfas, teamet kommer att behöva bekräfta tre saker:att ingenuitys fyra ben är stadigt på ytan av Jezero Crater, som rover gjorde, verkligen, kör cirka 16 fot (cirka 5 meter) bort, och att både helikopter och rover kommunicerar via sina radioapparater ombord. Denna milstolpe initierar också klockan på 30 sol under vilken tid alla förflygningskontroller och flygtester måste äga rum.

"Uppfinnighet är ett experimentellt tekniskt flygtest - vi vill se om vi kan flyga på Mars, " sa MiMi Aung, projektledare för Ingenuity Mars Helicopter på JPL. "Det finns inga vetenskapliga instrument ombord och inga mål för att erhålla vetenskaplig information. Vi är övertygade om att alla tekniska data vi vill skaffa både på Mars yta och i luften kan göras inom detta 30-sol fönster."

Precis som med distribution, Helikopter- och roverteamen kommer att närma sig det kommande flygtestet metodiskt. Om teamet missar eller har frågor om en viktig preflight-milstolpe, de kan ta en eller flera solor för att bättre förstå problemet. Om helikoptern överlever den första natten av sekvensperioden på Mars yta, dock, teamet kommer att spendera de kommande solorna på att göra allt för att säkerställa en framgångsrik flygning, inklusive vickning av rotorbladen och verifiering av tröghetsmätenhetens prestanda, samt testa hela rotorsystemet under en spin-up till 2, 537 rpm (medan Ingenuitys landningsställ ligger stadigt på ytan).

Det första flygtestet på Mars

När teamet är redo att försöka den första flygningen, Uthållighet kommer att ta emot och vidarebefordra de slutgiltiga flyginstruktionerna från JPL-uppdragskontrollanter till Ingenuity. Flera faktorer avgör den exakta tiden för flygningen, inklusive modellering av lokala vindmönster plus mätningar tagna av Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) ombord på Perseverance. Ingenuity kommer att köra sina rotorer till 2, 537 rpm och, om alla slutliga självkontroller ser bra ut, lyfta av. Efter att ha klättrat med en hastighet av cirka 3 fot per sekund (1 meter per sekund), Helikoptern kommer att sväva 10 fot (3 meter) över ytan i upp till 30 sekunder. Sedan, Mars Helikoptern kommer att sjunka och landa tillbaka på Mars yta.

Flera timmar efter den första flygningen, Perseverance kommer att länka ner Ingenuitys första uppsättning tekniska data och, eventuellt, bilder och video från roverns navigationskameror och Mastcam-Z. Från data nedlänkade den första kvällen efter flygningen, Mars Helicopter-teamet förväntar sig att kunna avgöra om deras första försök att flyga på Mars var en framgång.

På följande sol, all återstående teknisk data som samlats in under flygningen, samt några lågupplösta svartvita bilder från helikopterns egen navigeringskamera, skulle kunna nedlänkas till JPL. Den tredje solen i denna fas, de två bilderna som tagits av helikopterns högupplösta färgkamera bör komma fram. Mars Helicopter-teamet kommer att använda all tillgänglig information för att avgöra när och hur de ska gå vidare med sitt nästa test.

"Mars är svårt, " sa Aung. "Vår plan är att arbeta vad den röda planeten kastar mot oss på precis samma sätt som vi hanterade alla utmaningar som vi har ställts inför under de senaste sex åren – tillsammans, med envishet och mycket hårt arbete, och lite uppfinningsrikedom."

Ett stycke historia

Medan Ingenuity kommer att försöka den första drivna, kontrollerad flygning på en annan planet, den första drivna, kontrollerad flygning på jorden ägde rum den 17 december, 1903, på Kill Devil Hills vindpinade sanddyner, nära Kitty Hawk, Norra Carolina. Orville och Wright tog sig 120 fot på 12 sekunder under den första flygningen. Bröderna Wright gjorde fyra flygningar den dagen, var och en längre än den föregående.

En liten mängd av materialet som täckte en av vingarna på bröderna Wrights flygplan, känd som Flyer, under den första flygningen är nu ombord på Ingenuity. En isolerande tejp användes för att linda den lilla tygbiten runt en kabel placerad under helikopterns solpanel. Wrights använde samma typ av material - en oblekt muslin som kallas "Pride of the West" - för att täcka sina segelflygplan och flygplansvingar med början 1901. Apollo 11-besättningen flög en annan del av materialet, tillsammans med en liten träflis från Wright Flyer, till månen och tillbaka under deras ikoniska uppdrag i juli 1969.