Ingenuity คือ ชื่อของเฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่กำลังถูกส่งไปยังดาวอังคารกับภารกิจ Mars 2020 บนโรเวอร์ Perseverance ที่ได้ลงจอดบนดาวอังคารในวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 2021 โดย Ingenuity เป็นภารกิจสาธิตเทคโนโลยีการบินบนดาวอังคารเป็นครั้งแรกเพื่อที่จะพิสูจน์ว่าเราสามารถบินบนดาวอังคารได้ ซึ่งไม่เคยมีใครนำอากาศยานอะไรไปบินในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมาก่อน
Ingenuity เป็นเพียงการสาธิตเทคโนโลยี
Ingenuity เริ่มต้นโครงการมาตั้งแต่ในช่วงระหว่างที่กำลังพัฒนายาน Mars 2020 ในตอนนั้น นาซ่าเปิดตัวเฮลิคอปเตอร์สำรวจดาวอังคาร โดยมีเป้าหมายคือการสาธิตทางเทคโนโลยีซึ่งจะเน้นการทดลองความสามารถของอากาศยานในการบินในสภาพแวดล้อมบนดาวอังคารซึ่งมีอากาศเบาบางกว่าโลกถึง 100 เท่า ซึ่งทำให้การสร้างแรงยกให้กับอากาศยานนั้นอยากกว่าบนโลกมากนั่นเอง มันจึงเป็น Engineering Challenge ใหญ่ ๆ อันหนึ่งสำหรับวิศวกรที่ออกแบบ Ingenuity มา และเพราะว่ามันเป็นการสาธิตเทคโนโลยี หมายความว่าบน Ingenuity จะมีไม่มีอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ใด ๆ ทั้งสิ้น มีเป้าหมายแค่ทดสอบความสามารถ อย่างไรก็ตามหากสำเร็จ ในภารกิจหน้า ๆ เราอาจมีอากาศยานสำรวจดาวอังคารนั่นเอง
Ingenuity เริ่มทดสอบการบินประมาณ 1 เดือนหลังการลงจอดของ Perseverance เพื่อตรวจสอบสภาพของอากาศยานและเตรียมความพร้อมก่อนการทดสอบ Ingenuity จะทำการบินทดสอบถึง 5 ครั้งใน Window ประมาณ 30 SOL (31 วันบนโลก)
การทำ Powered Flight บนดาวอังคารไม่ใช่เรื่องง่าย
อย่างที่ได้กล่าวไปว่าชั้นบรรยากาศของดาวอังคารนั้นหนาแน่นเพียง 1% เทียบกับชั้นบรรยากาศบนโลก หมายความว่าเราไม่สามารถเอาเฮลิคอปเตอร์ที่ใช้บนโลกไปใช้บนดาวอังคารได้ เนื่องจากแรงยกจากใบพัดจะไม่พอ หากจะบินบนดาวอังคารด้วยใบพัด ใบพัดจะต้องหมุนเร็วมาก ๆ เพื่อทดแทนแรงยกที่เสียไปจากชั้นบรรยากาศที่เบาบาง
นอกจากนี้ดาวอังคารยังมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าบนโลกมาก โดยในตอนกลางคืนอาจเย็นได้ถึง -90 องศาเซลเซียสเร็วทีเดียวในบริเวณของ Jezero Crater ซึ่งเป็น Landing Site ของ Perseverance ที่อุณหภูมิเท่านี้ ชั้นส่วนของ Ingenuity ซึ่งส่วนใหญ่เป็นชิ้นส่วนที่มาจากหลาย ๆ แห่ง ไม่ได้ผลิตรวมกันทีเดียว หมายความว่าความทนทานของมันอาจจะไม่ได้ออกแบบมาให้รับกับอุณหภูมิที่หนาวเย็นขนาดนี้ ถึงทีมวิศวกรจะลองทดสอบ Ingenuity ด้วยการจำลองอุณหภูมิที่ระดับนั้นไปแล้ว แต่สภาพบนดาวอังคารจริง ๆ เราอาจจะต้องรอดูกัน
Ingenuity ลงจอดบนดาวอังคารพร้อมกับ Mars 2020 Perseverance
Ingenuity ถูกติดตั้งไว้กับ Perseverance rover บริเวณท้องของตัว Rover พร้อมกับฝาคลุมเพื่อป้องกันฝุ่นระหว่างการลงจอดด้วย Sky Crane บนดาวอังคาร หมายความว่า Ingenuity ก็จะต้องผ่าน EDL ด้วยเช่นกันซึ่ง Perseverance rover ระหว่างการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวอังคารจะถูกคลุมไว้อีกชั้นด้วย Entry Capsule ขณะกำลังเสียดสีกับชั้นบรรยากาศก่อนที่จะแยกตัวเพื่อใช้ Sky Crane ในการ Touchdown ซึ่งระหว่างการเดินทางสู่ดาวอังคาร ยาน Perseverance จะทำหน้าที่ชาร์จ Ingenuity ไปด้วย
หลังการลงจอดของ Perseverance ตัวยานจะหาที่ที่เหมาะสมสำหรับการ Deploy Ingenuity ด้วยระบบ Mars Helicopter Delivery System ที่จะปลดฝาคลุมออกจากนั้นจึงปล่อย Ingenuity ลงบนพื้นผิวของดาวอังคาร ซึ่งการ Deploy Ingenuity เกิดขึ้นประมาณ 1 เดือนหลังการลงจอดของ Perseverance หลังการ Deploy เสร็จสิ้น Perseverance จะทำหน้าที่เป็นตัวกลางการสื่อสารระหว่าง Ingenuity กับโลก เพื่อส่งข้อมูล Telemetry และรูปภาพจาก Ingenuity
ยาน Ingenuity ถูกวางลงบนพื้นดาวอังคารในวันที่ 3 เมษายน 2021 และเริ่มการทดสอบระบบใบพัดต่าง ๆ ในวันที่ 8-12 เมษายน ก่อนที่จะมีการทำ Software Update – อัพ Patch ยาน Ingenuity ก่อนขึ้นบิน 19 เมษายนหลัง ปัญหาทางด้านซอฟต์แวร์
Ingenuity ไม่ใช่เฮลิคอปเตอร์ธรรมดา
เนื่องจากการสื่อสารระหว่างโลกกับดาวอังคารนั้น Delay เป็นทอด ๆ ไม่ว่าจากโลกไปยานในวงโคจรของดาวอังคารจากยานในวงโคจรสู่ Perseverance และสู่ Ingenuity อีกที หมายความว่าวิศวกรจะไม่สามารถควบคุม Ingenuity แบบที่เราควบคุมเฮลิคอปเตอร์ของเล่นบนโลกได้ หากเราใช้ Joystick ธรรมดาในการควบคุม เราดัน Joystick ไปทางด้านหน้า อีก 20 นาทีต่อมา Ingenuity ถึงจะได้รับคำสั่งให้เดินหน้า และเราจะไม่มีทางรู้เลยว่ามันเดินหน้าไปชนอะไรหรือไม่เพราะกว่า Ingenuity จะส่งข้อมูลการบินมาถึงโลกก็อีก 20 นาที ทำให้ Ingenuity จะต้องพึ่งคอมพิวเตอร์การบินของตัวเองโดยส่วนใหญ่นั่นเอง และเส้นทางการบินต่าง ๆ จะต้องถูกกำหนดล่วงหน้าโดยวิศวกร
ซึ่งระหว่างการบิน Ingenuity จะใช้ Sensor ต่าง ๆ ของมันในการบินเพื่อบินตามเส้นทางที่วิศวกรกำหนดมา คล้ายกับระบบ Visual Navigation บนโดรนสมัยใหม่อย่างโดรนของ DJI ที่มีเซนเซอร์การบินคล้ายกัน แต่ DJI ยังพึ่งพา GPS/GNSS เป็นหลักในการรักษาตำแหน่งอยู่ ในขณะที่บนดาวอังคารไม่มีระบบ GNSS ในการนำทาง จึงต้องพึง Visual Reference แทน ซึ่งยากกว่ามาก
กว่าที่ Ingenuity จะได้บิน มันก็ผ่านอะไรมาเยอะมากแล้ว
แม้ Mars 2020 Perseverance เดินทางถึงดาวอังคารแล้ว หมายความว่ามันและ Ingenuity พึ่งจะผ่าน 2 อุปสรรคแรกมานั้นก็คือการปล่อยยาน และการ Cruise จากโลกสู่ดาวอังคาร แต่กว่าที่ Powered Flight บนดาวอังคารครั้งแรกจะเป็นจริงนั้น Ingenuity ยังจะต้องผ่านอุปสรรคเหล่านี้อีก
- Entry, Descent, Landing (EDL) ซึ่งมีเพียง 50% ของยานลงจอดบนดาวอังคารที่รอดขั้นตอนการ EDL บนดาวอังคาร
- การ Deploy Ingenuity ด้วย Mars Helicopter Delivery System ซึ่งไม่มีใครรู้ว่าระบบ Delivery จะสามารถทำงานได้อย่างถูกต้องเมื่อถึงเวลาหรือไม่
- การรักษาอุณหภูมิของอุปกรณ์บนสภาพอากาศอันหนาวเย็นของดาวอังคารโดยเฉพาะในตอนกลางคืน
- ระบบการชาร์จไฟฟ้าด้วยตัวเองซึ่งพึ่งพาแผงโซลาร์เซลล์เพียงแผงเดียวบนใบพัด
- การสื่อสารกับโลกผ่าน Mars Helicopter Base Station ที่ติดตั้งไว้บน Perseverance เพื่อให้มันทำหน้าที่เป็ฯตัวกลางการสื่อสาร
- การทำ Flight Plan และการตรวจสอบการทำงานที่ถูกต้องของอุปกรณ์ต่าง ๆ ก่อนบิน
19 เมษายน 2021 วันแรกที่อากาศยานบินขึ้นจากดาวดวงอื่น
เวลา 14:32 น. ตามเวลาประเทศไทย Ingenuity ได้เริ่มต้น Flight Command Sequence และบินขิ้นจากพื้นผิวของดาวอังคารที่ความเร็วแนวดิ่ง 1 m/s ค้างอยู่ที่ความสูง 3 เมตร เป็นเวลา 30 วินาทีก่อนที่จะลงจอดบนพื้นผิวของดาวอังคารอีกครั้งเวลา 17:15 น. ตามเวลาประเทศไทย Mission Control บนภาคพื้นโลกได้รับข้อมูล Telemetry ของ Ingenuity รวมถึงภาพถ่ายความละเอียดต่ำบางส่วนที่ Relay มาจาก Perseverance ผ่าน Mars Relay Network สู่จานรับสัญญาณ Deep Space Network บนโลก
ข้อมูล Telemetry จาก Flight Computer ของ Ingenuity พร้อมกับถาพถ่ายจากทั้ง Ingenuity เองและจาก Perseverance ที่สังเกตการณ์อยู่เนิน Van Zyl Overlook ยืนยันการบินขึ้นและลงจอดที่สำเร็จของ Ingenuity นับเป็นครั้งแรกที่มนุษยชาติประสบความสำเร็จในการนำอากาศยานไปขึ้นบินบนเทห์ฟากฟ้าอื่นนอกโลก
22 เมษายน 2021 การทดสอบครั้งที่สอง
ความแตกต่างระหว่างการบินครั้งแรกกับครั้งที่สองก็คือ ในการบินครั้งแรกเป็นเพียงการ “ลอย” อยู่เฉย ๆ ที่ความสูงประมาณ 3 เมตร เป็นเวลา 30 วินาที ก่อนจะลงจอด ณ จุดเดิม แต่การทดสอบครั้งที่สอง ยานบินขึ้นที่ความสูง 5 เมตร แต่บินออกด้านข้างเป็นระยะ 4.3 เมตร แล้วบินกลับมาลงจอดจุดเดิม
26 เมษายน 2021 การทดสอบครั้งที่สาม บินเร็วและไกลกว่าเดิม
นการทดสอบครั้งที่ 3 มันได้บินระยะไกลถึง 50 เมตร ไปกลับ ด้วยความสูง 5 เมตรเท่าเดิมแต่ความเร็วสูงถึง 2 เมตรต่อชั่วโมง (ความเร็วนี้เป็นความเร็วที่จำกัดด้วยการ Track ภาพของพื้น) นับไปกลับก็ 100 เมตร เป็นการบินที่ไกลที่สุดที่มันเคยทำนับตั้งแต่ลงจอด ในเที่ยวบินนี้นับว่าเป็นการทดสอบที่หินพอสมควรเรียกได้ว่าบินออกข้างได้ไกลมาก ๆ
เบิกทางสู่การสำรวจทางอากาศ
หากเปรียบเทียบการสำรวจดาวอังคารกับการสำรวจโลกในอดีตนั้นก็เหมือนกับเรากำลังจะบุกเบิกการสำรวจทางอากาศ จากแต่เดิมที่มีเพียงการสำรวจทางภาคพื้นดิน จนกระทั่งพี่น้องตระกูลไรท์สร้างอากาศยานลำแรกได้สำเร็จ นำมาสู่การพัฒนาอากาศยานใหม่ ๆ มากมายซึ่งหลังจากนั้นก็ถูกนำมาใช้ในการสำรวจทางอากาศ Ingenuity ก็เป็นเหมือนผู้บุกเบิกนั่นเอง
ถึงเราจะมีการสำรวจด้วย Remote Sensing ผ่านดาวเทียมในวงโคจรของดาวอังคาร มันก็ทำได้เพียงการสำรวจพื้นที่ภาพรวมใหญ่ ๆ เท่านั้น ในขณะที่การสำรวจทางอากาศจะให้รายละเอียดที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับการทำ Remote Sensing หาก Ingenuity สำเร็จ เราคงได้เห็นภารกิจการบินใหม่ ๆ บนดาวอังคารอย่างเฮลิคอปเตอร์ที่มาพร้อมกับอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ หรือการสำรวจอัตโนมัติด้วยอากาศยานบนดาวอังคารนั่นเอง
อ่านเพิ่มเติม – ซีรี่ย์ภารกิจ Mars 2020
- Perseverance Rover สรุปรายละเอียด อุปกรณ์ทุกตัว บนยาน ภารกิจสำรวจดาวอังคาร
- สรุปขั้นตอนการเตรียมเฮลิคอปเตอร์ Ingenuity ขึ้น
- Ingenuity เฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่ถูกส่งไปดาวอังคารกับ Mars 2020
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
