NASA 6 สิ่งที่เราต้องรู้เกี่ยวกับ Ingenuity เฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่ถูกส่งไปดาวอังคารกับ Mars 2020
6 สิ่งที่เราต้องรู้เกี่ยวกับ Ingenuity เฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่ถูกส่งไปดาวอังคารกับ Mars 2020

Chottiwatt Jittprasong in Mars Exploration

6 สิ่งที่เราต้องรู้เกี่ยวกับ Ingenuity เฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่ถูกส่งไปดาวอังคารกับ Mars 2020

February 16, 2021

Ingenuity คือ ชื่อของเฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่กำลังถูกส่งไปยังดาวอังคารกับภารกิจ Mars 2020 บนโรเวอร์ Perseverance ที่กำลังจะลงจอดบนดาวอังคารในวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 2021 นี้ โดย Ingenuity เป็นภารกิจสาธิตเทคโนโลยีการบินบนดาวอังคารเป็นครั้งแรกเพื่อที่จะพิสูจน์ว่าเราสามารถบินบนดาวอังคารได้ ซึ่งไม่เคยมีใครนำอากาศยานอะไรไปบินในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมาก่อน

โดย Ingenuity ผ่านการสั่นอย่างรุนแรงจากการปล่อยยานภารกิจ Mars 2020 มาเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2020 และพร้อมที่จะลงจอดบนดาวอังคารพร้อมกับ Perseverance แล้ว ในบทความนี้เราจะมีพูดถึง 6 สิ่งที่เราต้องรู้เกี่ยวกับ Ingenuity

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 จะเริ่มทดสอบการบินประมาณ 1 เดือนหลังการลงจอดของ Perseverance เพื่อตรวจสอบสภาพของอากาศยานและเตรียมความพร้อมก่อนการทดสอบ Ingenuity จะทำการบินทดสอบถึง 5 ครั้งใน Window ประมาณ 30 SOL (31 วันบนโลก)

วิดีโอจำลองการทำงานของเฮลิคอปเตอร์ Ingenuity – ที่มา NASA/JPL-Caltech

การทำ Powered Flight บนดาวอังคารไม่ใช่เรื่องง่าย

อย่างที่ได้กล่าวไปว่าชั้นบรรยากาศของดาวอังคารนั้นหนาแน่นเพียง 1% เทียบกับชั้นบรรยากาศบนโลก หมายความว่าเราไม่สามารถเอาเฮลิคอปเตอร์ที่ใช้บนโลกไปใช้บนดาวอังคารได้ เนื่องจากแรงยกจากใบพัดจะไม่พอ หากจะบินบนดาวอังคารด้วยใบพัด ใบพัดจะต้องหมุนเร็วมาก ๆ เพื่อทดแทนแรงยกที่เสียไปจากชั้นบรรยากาศที่เบาบาง

Design Model ของ Mars Ingenuity – ที่มา JPL

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 จะลงจอดบนดาวอังคารพร้อมกับ 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

Ingenuity ที่ถูกติดตั้งไว้ใต้ Mars 2020 Perseverance – ที่มา NASA

หลังการลงจอดของ Perseverance ตัวยานจะหาที่ที่เหมาะสมสำหรับการ Deploy Ingenuity ด้วยระบบ Mars Helicopter Delivery System ที่จะปลดฝาคลุมออกจากนั้นจึงปล่อย Ingenuity ลงบนพื้นผิวของดาวอังคาร ซึ่งการ Deploy Ingenuity จะเกิดขึ้นประมาณ 1 เดือนหลังการลงจอดของ Perseverance หลังการ Deploy เสร็จสิ้น Perseverance จะทำหน้าที่เป็นตัวกลางการสื่อสารระหว่าง Ingenuity กับโลก เพื่อส่งข้อมูล Telemetry และรูปภาพจาก Ingenuity

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

ภาพแสดงส่วนประกอบของ Ingenuity ซึ่ง Avionics คือส่วนคอมพิวเตอร์การบินของ Ingenuity – ที่มา NASA/JPL-Caltech

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 จะได้บินนั้น ยังอีกไกล

ตอนนี้ Mars 2020 Perseverance ใกล้จะเดินทางถึงดาวอังคารแล้ว 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
วิดีโอจำลอง Flight Operation ของ Ingenuity – ที่มา NASA

ยังมีอุปสรรคอีกมากมายที่ Ingenuity จะต้องเจอบนดาวอังคาร

หาก Ingenuity สำเร็จ มันจะเบิกทางสู่การสำรวจทางอากาศ

หากเปรียบเทียบการสำรวจดาวอังคารกับการสำรวจโลกในอดีตนั้นก็เหมือนกับเรากำลังจะบุกเบิกการสำรวจทางอากาศ จากแต่เดิมที่มีเพียงการสำรวจทางภาคพื้นดิน จนกระทั่งพี่น้องตระกูลไรท์สร้างอากาศยานลำแรกได้สำเร็จ นำมาสู่การพัฒนาอากาศยานใหม่ ๆ มากมายซึ่งหลังจากนั้นก็ถูกนำมาใช้ในการสำรวจทางอากาศ Ingenuity ก็เป็นเหมือนผู้บุกเบิกนั่นเอง

ภาพจำลองการบินของ Ingenuity – ที่มา NASA/JPL-Caltech

ถึงเราจะมีการสำรวจด้วย Remote Sensing ผ่านดาวเทียมในวงโคจรของดาวอังคาร มันก็ทำได้เพียงการสำรวจพื้นที่ภาพรวมใหญ่ ๆ เท่านั้น ในขณะที่การสำรวจทางอากาศจะให้รายละเอียดที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับการทำ Remote Sensing หาก Ingenuity สำเร็จ เราคงได้เห็นภารกิจการบินใหม่ ๆ บนดาวอังคารอย่างเฮลิคอปเตอร์ที่มาพร้อมกับอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ หรือการสำรวจอัตโนมัติด้วยอากาศยานบนดาวอังคารนั่นเอง

อ่านบทความซีรี่ย์ภารกิจ Mars 2020

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

6 Things to Know About NASA’s Mars Helicopter on Its Way to Mars





MORE