NASA:s Ingenuity Mars Helicopter kommer att resa med Perseverance-rovern genom 314 miljoner miles (505 miljoner kilometer) av interplanetärt utrymme för att komma till Mars. Men för teamet som arbetar med det första experimentella flygtestet på en annan planet, att konstruera de sista 13 centimeterna av resan har varit bland de mest utmanande av alla. För att säkert navigera dessa 5 tum – avståndet Ingenuity kommer att resa från där den är stuvad på roveren till Mars yta – kom de med det geniala Mars Helikopter Delivery System.

"Uppfinnighet är olik någon annan helikopter som någonsin byggts eftersom motorstyrd flygning på Mars inte liknar något som någonsin försökts, " sa MiMi Aung, projektledare för Mars Helikopter vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "Och sedan var vi tvungna att ta reda på hur vi kunde koppla en åktur och säkert sättas in från Mars 2020 Perseverance-rover."

Ingenuitys fyrkantiga flygkropp (som rymmer datorer, kameror, batterier och liknande) är ungefär lika stor som en mjukboll (7,9 x 6,3 x 5,5 tum, eller 20 gånger 16 gånger 14 centimeter). Men om du tittar utanför boxen, du hittar massor av andra viktiga saker – inklusive en antenn, solpanel, landningsben och två rotorer som mäter 4 fot (1,2 meter) i diameter – det gör att stuva och sätta in helikoptern till en utmaning. Hela paketet tippar vågen till cirka 4 pund (2 kg).

"På ett Mars-roveruppdrag, tillägget av ens en ny bricka är vanligtvis värd att diskuteras, " sa Chris Salvo, helikoptergränssnittsledaren för Mars 2020-uppdraget vid JPL. "Ingenuity Mars Helikoptern är en stor, ömtålig, unik sammansättning av hårdvara som inte liknar något som NASA någonsin har tagit emot på ett planetariskt uppdrag."

Missionsingenjörer övervägde alla tillgängliga parkeringsplatser på roverchassit för deras ovanliga tillägg, inklusive robotarmen. De landade så småningom på Perseverances mage, som på en relativt platt sträcka av Red Planet-ytan bör erbjuda cirka 26 tum (67 centimeter) markfrigång. Även om det kan verka som mycket utrymme (en jordisk SUV ger ungefär en tredjedel av det), leveranssystemet minskar det avståndet med cirka 2 tum (6 centimeter). Snyggheten är cirka 49 centimeter lång. Det är här 5-tumsresan kommer in.

"Det är inte mycket utrymme att leka med, sa Salvo, "men vi hittade om du fäster helikoptern horisontellt, det finns tillräckligt för att få jobbet gjort."

Hur jobbet görs

Uppfinnsamhet kommer att sättas in ungefär två månader efter att Perseverance landar den 18 februari, 2021. Under tidiga ytoperationer, både rover- och helikopterteamen kommer att leta efter potentiella flygfält - en 33 x 33 fot (10 x 10 meter) del av Mars fastigheter som är relativt platt, nivå, obstruktionsfri och synlig av Perseverance när rovern är parkerad runt en fotbollsplan bort.

Omkring den 60:e marsdagen, eller sol, av uppdraget, Uthållighet kommer att tappa Mars Helicopter Delivery Systems grafitkompositsköld som skyddade helikoptern under landning. Sedan kommer den att köra in i mitten av det valda flygfältet. Ungefär sex dagar senare, efter att helikopter- och roverteamen är nöjda är allt i väg, de kommer att beordra Mars Helicopter Delivery System att göra sitt.

Utplaceringsprocessen börjar med frigörandet av en låsmekanism som håller helikoptern på plats. Sedan avfyras en kabelskärande pyroteknisk anordning, låter en fjäderbelastad arm som håller helikoptern börja rotera Ingenuity ur sitt horisontella läge. Längs vägen, en liten elmotor drar armen tills den låser sig, vilket gör att helikopterkroppen är helt vertikal med två av dess fjäderbelastade landningsben utplacerade. Ytterligare en pyroteknisk anläggning brinner, släpper de andra benen.

"Och hela tiden, utplaceringssystemet måste upprätthålla el- och datakabelanslutningar mellan rover och helikopter tills den är redo att släppa, sa David Buecher, distributionssystemansvarig på Lockheed Martin Space i Denver, som byggde systemet. "Medan jag har arbetat med min beskärda del av rymdbaserade distributionssystem, den här var på en annan nivå."

Om allt går bra, uppdragsledare kommer att beordra leveranssystemet att släppa, och uppfinningsrikedom kommer att täcka de sista 5 tum. När ett bra fall har bekräftats, Uthållighet kommer att beordras att köra iväg så att helikoptern kan börja ladda sina batterier med sin solpanel. Vid det tillfället, 30-solsklockan på Ingenuitys flygtestprogram börjar.

Ingenuity Mars Helicopter är ett experimentellt flygtest av ny teknik. Framtida Mars-uppdrag kan anlita andra generationens helikoptrar för att lägga till en luftdimension till sina utforskningar. De kunde fungera som scouter för mänskliga besättningar, bära små nyttolaster eller undersöka klippor, grottor, djupa kratrar och andra obesökta eller svåråtkomliga resmål. Men innan något av det händer, ett testfordon måste bevisa att det är möjligt.

Och innan testfordonet kan göra något av det, den måste landa säkert på Mars yta.

"Uppfinnighet behöver uthållighet, " sa Aung. "Mars Helicopter Delivery System är en genial gizmo och bara ett av exemplen på hur Mars 2020-uppdraget har fungerat utöver uppmaningen att tillmötesgå vårt testprojekt. Tillsammans med den och helikoptern, de var tvungna att införliva en elektronisk basstation och antenn som helt och hållet var dedikerade till helikopteroperationer i rovern. Våra team var tvungna att arbeta nära tillsammans för att få detta komplexa system att fungera. När uppfinningsrikedom flyger, det kommer att bli en prestation som vi alla kan dela."

Om Mars 2020-uppdraget

En division av Caltech i Pasadena, JPL byggde och sköter helikoptern åt NASA. Lockheed Martin Space tillhandahöll Mars Helicopter Delivery System. NASA:s Launch Services Program, baserad på Kennedy Space Center, ansvarar för lanseringshanteringen.

Perseverance är en robotforskare som väger cirka 2, 260 pund (1, 025 kg). Roverns astrobiologiuppdrag kommer att söka efter tecken på tidigare mikrobiellt liv. Det kommer att karakterisera planetens klimat och geologi, samla in prover för framtida återkomst till jorden, och bana väg för mänsklig utforskning av den röda planeten. Oavsett vilken dag Perseverance lyfter under sin 20 juli-aug. 11 lanseringsperiod, den kommer att landa vid Mars Jezero-krater den 18 februari, 2021.

Roveruppdraget Mars 2020 Perseverance är en del av ett större program som inkluderar uppdrag till månen som ett sätt att förbereda sig för mänsklig utforskning av den röda planeten. Anklagas för att ha återvänt astronauter till månen 2024, NASA kommer att etablera en varaktig mänsklig närvaro på och runt månen till 2028 genom NASA:s Artemis månutforskningsplaner.