De vlucht verliep niet helemaal zoals gepland, maar de helikopter wist heelhuids te landen.

De zesde vlucht van Marshelikopter Ingenuity vond eerder deze week al plaats, maar nu pas maakt NASA het verloop ervan bekend. En wat blijkt? De vlucht ging niet helemaal volgens plan.

Het plan
Tijdens de zesde vlucht was het de bedoeling dat de helikopter naar een hoogte van 10 meter zou stijgen om vervolgens met een snelheid van zo’n 4 meter per seconde 150 meter richting het zuidwesten te reizen. Daarna moest de helikopter vijftien meter naar het zuiden vliegen en ondertussen foto’s maken van het gebied ten westen van de vliegroute. Om daarna nog eens 50 meter naar het noordoosten te reizen voor de landing.

Kink in de kabel
De eerste 150 meter legde Ingenuity volgens plan af. Maar toen kwam er een kink in de kabel. De helikopter begon plots zijn snelheid aan te passen en kantelde afwisselend naar voren en naar achteren. Dat bleef de helikopter tot het einde van de vlucht doen. Gelukkig slaagde Ingenuity er wel in om heelhuids te landen.

Navigatiesysteem
Dat het laatste deel van de vlucht met horten en stoten ging, is volgens NASA te herleiden naar het navigatiesysteem van de helikopter. Dat bestaat eigenlijk uit twee delen. Allereerst is er de Inertial Measurement Unit (kortweg IMU). Met behulp van sensoren kan deze een redelijke inschatting maken van de positie, snelheid en hoogte van de helikopter. Die inschattingen worden vervolgens echter voor de zekerheid ook nog eens getoetst met behulp van beelden, gemaakt door Ingenuity’s navigatiecamera. Deze camera maakt vanuit de lucht elke seconde 30 foto’s van het onderliggende oppervlak en geeft deze beelden door aan het navigatiesysteem. Zodra de beelden binnenkomen, stelt het navigatiesysteem aan de hand van het tijdstempel van elke foto vast wanneer deze is gemaakt. Vervolgens voorspelt het wat de camera op dat moment – afgaand op oppervlaktekenmerken die op eerdere foto’s zijn waargenomen – had moeten zien. Om daarna vast te stellen of die oppervlaktekenmerken ook werkelijk op de foto staan. Het navigatiesysteem gebruikt het verschil tussen de voorspelde en daadwerkelijke locatie van de oppervlaktekenmerken vervolgens om de gemaakte inschattingen omtrent positie, snelheid en hoogte van de helikopter te corrigeren.

Deze foto maakte Ingenuity tijdens zijn vlucht. De helikopter was hier zo’n tien meter van het Marsoppervlak verwijderd. Tijdens eerdere vluchten zagen we ook nog weleens beelden gemaakt door Marsrover Perseverance. De rover maakte tijdens de zesde vlucht echter geen foto’s van de helikopter; Perseverance is druk bezig met de voorbereidingen voor zijn eigen onderzoek op het Marsoppervlak. Afbeelding: NASA / JPL-Caltech.

Eén foto
Zo gaf de navigatiecamera ook tijdens de zesde vlucht beelden door aan het navigatiesysteem. Maar zo’n 54 seconden na opstijgen, ging er tijdens het doorgeven van de beelden iets mis, waardoor één foto van het oppervlak verloren ging. En daardoor kregen alle foto’s die daarna aan het navigatiesysteem werden doorgegeven een verkeerd tijdstempel mee. Het navigatiesysteem bleef de ingeschatte positie, snelheid en hoogte van de helikopter op basis van de beelden corrigeren, maar omdat het tijdstempel van de beelden niet klopte, werden er fouten gecorrigeerd die er eigenlijk niet waren. En dat leidde tot een turbulente vlucht.

Veilig geland
Ondanks die strubbelingen slaagde Ingenuity er wel in om heelhuids en binnen een straal van vijf meter van de eerder aangewezen landingsplek te landen. Het is mede te danken aan het feit dat NASA eerder al besloot om de beelden van de navigatiecamera tijdens de landing buiten beschouwing te laten. “Die ontwerpbeslissing heeft zijn vruchten afgeworpen tijdens de zesde vlucht,” meent Håvard Grip, hoofdpiloot van het Ingenuity-team. “Ingenuity negeerde de camerabeelden tijdens de laatste momenten van de vlucht, stopte met schommelen, herstelde zijn positie en daalde af zoals bedoeld.”

Worsteling
Na vijf succesvolle vluchten moet NASA nu concluderen dat de helikopter zich ook bij tegenslagen prima weet te redden. Zo zag de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie – die tijdens de vlucht op geen enkel moment directe invloed op de helikopter kon uitoefenen (zie kader) – dat onder meer de rotoren en accu’s er een stapje bij deden om de helikopter onder lastige omstandigheden toch in de lucht te houden. “Ingenuity worstelde zich door de situatie heen,” stelt Grip.

Doordat de afstand tussen de aarde en Mars heel groot is, doen berichten afkomstig van de aarde er lang over om Mars te bereiken. Ook duurt het lang voor er een signaal retour komt en we weten dat de berichten in goede orde ontvangen zijn. Het is dan ook onmogelijk om Ingenuity tijdens zijn vlucht vanaf de aarde aan te sturen. De reeks commando’s wordt dan ook enige tijd van tevoren al naar Mars verzonden, waarna Ingenuity volledig autonoom vliegt. Het duurt vervolgens ook weer een tijdje voor we weten of die vlucht succesvol is geweest; vaak is dat pas enkele uren na landing bekend.

Grip spreekt van een “stressvolle” zesde vlucht. Hoewel men zich de vlucht heel anders had voorgesteld, is deze toch van grote waarde. Zo is er na vijf succesvolle vluchten nu ook data verzameld tijdens een vlucht die niet volgens plan verliep en waarbij het uiterste van de helikopter en zijn systemen werd gevraagd. “Die data worden de komende tijd zorgvuldig geanalyseerd en vergroten onze kennis over helikoptervluchten op Mars,” aldus Grip.