Шестая миссия вертолета едва не потерпела катастрофу.
Ключевые выводы
- Марсианский вертолет Ingenuity выполнял фотосъемку, когда начал вести себя странно.
- Он постоянно менял скорость и качался вперед и назад.
- Единственная ошибка привела в замешательство всю его навигационную систему.
Что-то пошло не так во время шестого полета Ingenuity Mars Helicopter. Но не волнуйтесь: с коптером все в порядке. История о том, что пошло не так и почему все в порядке, снова напоминает нам о том, насколько умными должны быть и обычно являются космические инженеры.
Миссия прервана
Вертолет подняли в воздух, чтобы сделать стереоизображения интересующей области. План состоял в том, чтобы он поднялся на высоту десять метров, а затем пролетел со скоростью четыре метра в секунду 150 метров на юго-запад, делая снимки во время полета. Затем он должен был пройти 15 метров на юг с камерой, направленной на запад, и, наконец, 50 метров на северо-восток, где он должен был приземлиться.
В конце первого этапа миссии, однако, телеметрия показала, что вертолет начал корректировать свою скорость и неоднократно наклоняться вперед и назад. Он продолжал вести себя так странно, прежде чем успешно приземлился в конце третьего этапа миссии.
Откуда вертолет знает, где он
Вот как все обычно работает.
Навигационная система вертолета состоит из двух частей. Первый - это бортовой инерциальный измерительный блок (БИЗ). Это устройство отслеживает ускорение и вращение вертолета. Он отслеживает эти аспекты своего движения 500 раз в секунду, позволяя кораблю оценить, где он находится, как быстро он движется и его положение. (IMU также занимают видное место в навигационных системах автономных автомобилей здесь, на Земле.)
Однако это всего лишь оценка, и, поскольку со временем накапливаются небольшие ошибки, одного ИДУ недостаточно, чтобы удерживать вертолет на курсе. Вторая система подтверждает оценку IMU или предупреждает корабль о том, что что-то пошло не так.
В этой системе используется направленная вниз камера, которая делает снимки земли под вертолетом с отметками времени в течение большей части полета. Каждое изображение передается непосредственно в навигационную систему корабля, где:
- Видеорегистратор запоминает временную метку, чтобы знать, когда было снято изображение.
- Алгоритм предсказывает, какое изображение должно быть на основе последнего полученного изображения и времени, прошедшего с момента создания первого изображения. (Система распознает цвета и топографические особенности, такие как песчаная рябь и скалы.)
- Алгоритм проверяет новейшее изображение на наличие предсказанных признаков.
- Если он не видит того, что ожидает - другими словами, есть какой-то разрыв - он корректирует свои оценки IMU положения, скорости и высоты корабля и вносит соответствующие коррективы.
Все это происходит невероятно быстро - камера, обращенная вниз, делает 30 кадров в секунду.
Что пошло не так
По-видимому, по неизвестным причинам примерно на 54-й секунде полета произошел сбой в системе, отвечающей за передачу изображений, направленных вниз, в навигационную систему, и по пути было потеряно одно изображение. В результате отметка времени всех последующих изображений сбрасывалась.
До конца полета Ingenuity Mars Helicopter не знал, где находится. Его странное поведение было безумной - не совсем, это машина - попыткой отреагировать, поскольку несоответствие со временем усугублялось.
Предвидя подобные сюрпризы, разработчики заложили в алгоритм запас устойчивости, который позволяет аппарату оставаться относительно стабильным даже при значительном количестве ошибок, как это произошло здесь. Как говорит главный пилот корабля Ховард Грип: «Этот встроенный запас не был полностью необходим в предыдущих полетах Ingenuity, потому что поведение машины соответствовало нашим ожиданиям, но этот запас пришел на помощь в полете шесть».
У системы был еще один трюк в рукаве, который позволил запутавшемуся кораблю благополучно приземлиться. Когда корабль приближается к марсианской поверхности при посадке или взлете, поднимается много пыли. Обеспокоенный тем, что летящая пыль создаст проблемы для алгоритма, аппарат запрограммирован на игнорирование изображений, когда аппарат находится на высоте одного метра или меньше.
В данном случае это означало, что вертолет при посадке отключил систему спутанного изображения, полагаясь исключительно на свой IMU. Мы предоставим Грипу последнее слово:
«В самом прямом смысле Ingenuity справилась с ситуацией, и хотя полет выявил уязвимость синхронизации, которую теперь необходимо устранить, он также подтвердил надежность системы несколькими способами».