Condor na Marsie – następca helikoptera Ingenuity

Mowa oczywiście nie o ptaku, ale o specjalnym dronie, który ma szansę stać się kolejnym przełomem w badaniach Czerwonej Planety. Dronie, który będzie następcą tak kochanego przez fanów kosmosu helikopterka Ingenuity. W końcu dronie, za którego program odpowiada nasz człowiek w NASA JPL, Artur Chmielewski. 

Perseverance i Ingenuity

30 lipca 2020 r. był ważną datą w kalendarzu każdego, kto zawodowo lub hobbystycznie zajmuje się kosmosem. Na stanowisku SLC-41 znajdującym się na Cape Canaveral dumnie stała rakieta Atlas 5. W jej ładowni krył się bardzo cenny ładunek, Perseverance – kolejny duży łazik marsjański. Wyposażony w wiele zaawansowanych instrumentów badawczych oraz radioizotopowy generator termoelektryczny ruszał właśnie na poszukiwanie śladów marsjańskiego życia. Ale nie sam. 

Ingenuity, marsjański helikopterek, został zbudowany w dużym procencie z komercyjnie dostępnych części. Nie wiadomo było, czy w ogóle uda mu się wzbić w powietrze, a w pozytywnym scenariuszu zakładano, że poleci może 5 razy.

Tymczasem okazał się być największym pozytywnym zaskoczeniem tej misji i działa do dziś. Wykonał ponad 50 lotów i udowodnił, że potrafimy latać w bardzo rzadkiej atmosferze Czerwonej Planety. W ten sposób otworzył drzwi na Marsa bohaterowi tego odcinka, jakieś trzydzieści razy cięższemu hexakopterowi Condor. 

Condor – jaki będzie?

Ponieważ Ingenuity jest tylko i aż demonstratorem technologii, ma bardzo poważną wadę. Poza dwiema skierowanymi w dół kamerkami, używanymi do nawigacji, nie ma żadnych instrumentów naukowych. Jego rola ogranicza się dziś do bycia zwiadowcą dla łazika.

Condor ma nam te braki wynagrodzić z nawiązką. Jak? O tym opowie Wam znany i lubiany Artur Chmielewski, pod którego skrzydła, trafił projekt tego drona.

Przed spotkaniem z nim wiedziałem z lektury raportu NASA, że kilka miesięcy temu przeanalizowano w agencji pomysł na 30-kilogramową i 6-wirnikową konstrukcję. Okazało się, że był dobry trop, ale Artur zaskoczył mnie informacją, że Condor już na tym etapie przybrał na wadze aż 20 kg. Zapytałem go dlaczego.    

Artur Chmielewski: No i złapałeś mnie, bo było 30, a już jest 50. A dlaczego tak jest? No bo te 30 kilogramów to były po prostu obliczenia, jaka byłaby minimalna masa tego helikoptera. Ale teraz tak – przeszliśmy przez pierwszy przegląd tego pomysłu i główni inżynierowie nam powiedzieli „No dobrze, ale ten akumulator musi mieć 30% marginesu, nie może się rozładować do końca. No dobrze, ale ta struktura musi wytrzymać to, co mówicie, że będzie przy wibracjach przy starcie + 30% marginesu”.

Więc jak to wszystko dodasz, no to tak jest. To było jakieś może 10 kilogramów. Ale co nas jeszcze uderzyło, powiedzieli nam „Aha. Teraz mówicie o misji, która już jest droga, samodzielna, nie taka zabawka jak Ingenuity, która jak się zepsuje, to się zepsuje. To jest misja. Są naukowcy, mają oczekiwania. Jest 400 milionów dolarów, poważne pieniądze. Musicie nam zagwarantować, że to będzie działało”.

Misja NASA, więc redundancja. Już nie macie jednego mikroprocesora, tylko dwa. Podwójna pamięć, podwójne kamery. Wszystko to się podwójnie dodaje.

Ile to będzie kosztować?

O tym, jak ważna jest redundancja w przemyśle kosmicznym, wie chyba każdy, kto choć trochę się tymi tematami interesuje. Wygląda na to, że Condor na żadną dietę nie trafi. Ale… każdy kilogram wyniesiony na orbitę kosztuje, a każdy kilogram wyniesiony na Marsa będzie kosztować wielokrotnie więcej. No właśnie, czyli właściwie ile? Zapytałem Artura, jak te 20 kg przełoży się na koszt jego misji. 

Artur Chmielewski:  No więc wiesz, to jest 20 kilogramów helikoptera. Jak helikopter jest większy, no to ten jet pack jest większy. Jak jet pack jest większy, to strukturalna masa płyty termicznej, która go chroni przed temperaturą (to jest 2600 Celsjusza), jest większa, no to rakieta musi być większa. No to ta rakieta, która doprowadza go do Marsa, musi być większa. Czyli wszystko jest większe i dlatego się mówi, że taki 1 kilogram to jest milion dolarów. 

20 kg, 20 milionów dolarów… bolesny przelicznik. Mając to na uwadze, byłem ciekaw, jak Condor zostanie dostarczony na powierzchnię Marsa. Czy będzie to równie skomplikowana operacja co przy łaziku Perseverance. A może jednak 50 kilogramowy dron w porównaniu do ważącego ponad tonę łazika będzie jednak dostarczyć prościej? Odpowiedź mnie zaskoczyła, a pieniądze znów pojawiły się na pierwszym planie.  

Artur Chmielewski:  Na początku myśleliśmy w ogóle, że on musi mieć lądownik. Tylko że lądownik musi wylądować na Marsie. Żeby lądownik wylądował, to musi być pokrywa termiczna. Żeby była pokrywa termiczna, żeby ona odpadła i przeszła trochę wolniej, musi być spadochron. Żeby ten spadochron wysiadł, musi być mały spadochron, który go otworzy.

Co się okazuje? Że to będzie kosztować 300 milionów dolarów i do tego jeszcze rakieta dojdzie. I to już się robi 400 milionów. Stwierdziliśmy, że żeby to tyle nie kosztowało, to nie lądujemy, bo sobie myśleliśmy: po co lądować. Lądownik najtańszy na Marsa kosztuje nas 250 milionów, żeby to bezpiecznie wylądowało.

Więc wpadliśmy na pomysł, żeby zrobić tzw. jet pack, czyli plecak odrzutowy. I my będziemy mieli właśnie taką małą platformę, która z pokrywy termicznej zejdzie i na niej będzie siedział ten helikopter. Ta platforma ustabilizuje się jakieś 200-300 metrów nad poziomem Marsa. I wtedy ten helikopter z niej odleci.

Condor będzie więc lądował w sposób trochę odwrotny do łazików. W ich przypadku platforma z silnikami rakietowymi też była kluczowa, ale służyła do opuszczania łazika na linach. Marsjański dron po prostu sobie z niej odleci. 

Co może pójść nie tak?

Uświadomiłem sobie jednak, że brak lądownika oznacza brak bazy mogącej na przykład wspomagać ładowanie hexakoptera. Condor będzie samotnym strzelcem, zdanym wyłącznie na własne panele słoneczne i akumulatory, a żaden z tych elementów nie będzie mógł być zbyt duży. Trochę mnie to zaniepokoiło. 

Tylko w tym roku Amerykanie pożegnali się z lądownikiem InSight, a Chińczycy wciąż nerwowo czekają, czy ich rover Zurhong się odezwie. Condor zasilany tylko panelami będzie miał na Marsie śmiertelnego wroga pod postacią regolitu.  

Artur Chmielewski:  I to jest ten kłopot, że jak jest burza pyłowa, to osadza się ten pył, a ten pył, jak przekonaliśmy się z misji Insight, jest potworny. On się przylepia i wchodzi w najmniejsze zakamarki. U nas na helikopterze też się troszeczkę tego boimy, że ten pył osiądzie i będzie troszkę mniej ładowania. Ale miejmy nadzieję, że jeśli ten helikopter będzie latał mniej więcej 3-4 razy szybciej niż Ingenuity, to jednak te wibracje i fale powietrzne go powinny oczyścić. 

Condor a sztuczna inteligencja

Na jednym z naszych live’ów Artur zdradził, że Condor będzie miał na pokładzie komputer pokładowy z procesorami wykorzystującymi algorytmy sztucznej inteligencji. Ponieważ to temat, który razem z Mateuszem Chrobokiem cały czas wałkujemy, nie mogłem o to nie zapytać. 

Artur Chmielewski: Ingenuity ma procesor Snapdragon (Qualcomm) i to jeden, starszej generacji. My będziemy też mieli prawdopodobnie Snapdragona, nowszej generacji, ale w tym wypadku musimy mieć sztuczną inteligencję, dlatego że latamy o wiele szybciej, latamy w nowe miejsca, nie wiemy gdzie i nie możemy wzbić się wysoko, zobaczyć, gdzie ten helikopter ma lecieć.

Nie ma dokładnych map. On musi sam lecieć z orbity i sam zadecydować, gdzie wyląduje. I musi wiedzieć, czy nie wyląduje na głazie, więc musi być połączone obserwowanie z kamer z mikroprocesorem. Snapdragon ma neural nets, więc będzie decydował. To jest jedna rzecz.

Druga – o czym musi decydować? Chcemy latać w wąwozach, chcemy polecieć w Valles Marineris. Lądujesz na dnie wąwozu i musisz znaleźć to, co my nazywamy „lily pads”, czyli takie małe miejsca do lądowania, bo taki wąwóz ma 7 kilometrów, więc w jednym locie tego nie pokonasz. Musisz skakać z półeczki na półeczkę. Tu jest potrzebne AI, bo tych półeczek nie możemy zobaczyć z orbity. Więc helikopter sam będzie musiał zdecydować, gdzie mógłby wylądować bez naszej ingerencji.

Jak widać sztuczna inteligencja będzie miała naprawdę sporo pracy, a Condor będzie mocno naszpikowany elektroniką i sensorami. Nasuwa się pytanie, kto będzie decydować o miejscach prowadzenia badań, sztuczna inteligencja czy naukowcy?

Artur Chmielewski: Już w tej chwili naukowcy pracują nad tym, gdzie są ciekawe miejsca, co musimy badać, gdzie są, a może były pokłady wody, gdzie mogło być kiedyś życie, gdzie były kiedyś jeziora, rzeki. Więc oni już nad tym pracują, gdzie on ma wylądować. Mniej ambitne misje przewidują, że on przeleci jakieś 100 kilometrów. To sporo, bo przez 10 lat Curiosity chyba przejechał 30. On przeleci sporo. Naukowcy nam mówią, że chcieliby, żeby przeleciał 400 kilometrów. 

Kiedy start misji?

400 km to z jednej strony dużo, z drugiej, wspomniane wcześniej przez Artura kaniony Valles Marineris mają ponad 4000 km długości i do 200 km szerokości. Jeśli misja zostanie ostatecznie zaakceptowana, poznamy zaledwie niewielki ich fragment. Ale od czegoś trzeba zacząć.

No właśnie, a jak wygląda właściwie status tej misji i kiedy Artur spodziewa się, że Condor może polecieć na Czerwoną Planetę? 

Artur Chmielewski: Myślimy, że 2031 rok. Niewiele osób wie o tym, że NASA ma konkursy. Sama NASA współzawodniczy ze sobą i z różnymi firmami. Są takie konkursy na misje do 500 milionów dolarów. One się nazywają Discovery. Są misje na miliard dolarów, które się nazywają New Friontiers, tak jak na przykład była misja Pluton czy misja Juno. Więc w konkursach bierzemy udział. To jest nasze centrum.

Inne centrum – może Lockheed Martin ma coś do dorzucenia, może inni, inne uniwersytety. NASA uważa, że trzeba zebrać najlepsze pomysły. Więc bierzemy udział w tym konkursie, zaproponujemy właśnie Condora i wtedy, jeżeli on wygra ten konkurs, to lecimy w tym przewidzianym momencie, który ten konkurs wyznaczy.

Pozostaje więc trzymać kciuki za… no właśnie, w pierwszej kolejności za NASA. Oby amerykańscy politycy nie powtórzyli głupich decyzji z przeszłości i nie obcięli budżetu agencji na misje naukowe. 

Takie polityczne igrzyska niestety właśnie trwają i choćby wspomniana przez Artura misja Veritas jest dziś zagrożona. Jeśli NASA dostanie solidny budżet, nie wątpię, że dron marsjański będzie jednym z faworytów.