อินเจนูอิตี

อินเจนูอิตี () เป็นเฮลิคอปเตอร์หุ่นยนต์ขนาดเล็ก ซึ่งอยู่บนดาวอังคาร ตั้งแต่วันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2564 มันประสบความสำเร็จในการบินขับเคลื่อนควบคุมโดยใช้แรงยกจากชั้นบรรยากาศบนดาวเคราะห์ใด ๆ นอกจากโลกเป็นครั้งแรก ในวันที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2564 โดยบินขึ้นเป็นแนวดิ่ง รักษาความสูง และลงจอด เฮลิคอปเตอร์ขนาดเล็กลอยขึ้นประมาณ  และอยู่เหนือพื้น 39.1 วินาที ก่อนกลับสู่พื้นผิวดาวอังคาร

อินเจนูอิตีเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจมาร์ส 2020 ของนาซา, โดรนอากาศยานปีกหมุนร่วมแกนขนาดเล็กนี้ ทำหน้าที่เป็นตัวสาธิตเทคโนโลยีสำหรับความเป็นไปได้ในการใช้ยานสำรวจบินได้บนดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ พร้อมทั้งศักยภาพในการสำรวจตำแหน่งแห่งความสนใจ และสนับสนุนการวางแผนเส้นทางขับเคลื่อนของยานสำรวจดาวอังคารในอนาคต อินเจนูอิตี ปัจจุบันอยู่บนพื้นผิวดาวอังคาร โดยมันถูกเก็บไว้ด้านใต้ของยานสำรวจเพอร์เซเวียแรนส์ระหว่างการเดินทางไปดาวอังคาร มันถูกปล่อยลงบนพื้นผิวในวันที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2564 ประมาณ 60 วันหลังจากการลงจอดของเพอร์เซเวียแรนส์ ณ จุดลงจอดออกเตเวีย อี บัตเลอร์ ในหลุมอุกกาบาตเจซีโร หลังจากที่มันปล่อยเฮลิคอปเตอร์ลงบนพื้นผิวแล้ว ยานสำรวจดาวอังคารนั้นขับเคลื่อนออกมาประมาณ  จากเฮลิคอปเตอร์เพื่อให้มี "เขตกันชน" ซึ่งเป็นเขตที่อินเจนูอิตี้ได้ทำการบินครั้งแรก   การบินครั้งแรกนั้นเกิดนั้นในวันที่ 19 เมษายน พ.ศ. 2564 ณ เวลา 14:15น. UTC+7 (7:15น. UTC) พร้อมกับการถ่ายทอดสดผ่านสัญญาณต่อเนื่องในอีก 3 ชั่วโมงต่อมา (17:15น. UTC+7, 10:15น. UTC) ยืนยันการบินสำเร็จ

อินเจนูอิตี นั้นถูกคาดว่าจะบินได้ถึงห้าครั้งระหว่างช่วงทดสอบ 30 วัน ซึ่งถูกวางแผนไว้ให้ปฏิบัติในช่วงต้นของภารกิจของยานสำรวจดาวอังคาร โดยส่วนใหญ่เป็นการสาธิตเทคโนโลยี โดยการบินแต่ละครั้งนั้นถูกวางแผนให้บินที่ความสูงตั้งแต่  เหนือพื้นดิน. เป็นเวลาถึง 90 วินาที ต่อครั้ง อินเจนูอิตี สามารถเดินทางในแนวราบได้  และกลับมายังจุดเริ่มต้น โดยระบบควบคุมอัตโนมัติ ระหว่างช่วงการบินสั้น ๆ ของมันจะถูกวางแผนด้วยการการควบคุมหุ่นยนต์ทางไกล เขียนขั้นตอนการทำงานโดยผู้ดำเนินการ ณ ห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น (เจพีแอล) มันจะสื่อสารโดยตรงกับ ยานสำรวจเพอร์เซเวียแรนส์หลังจากการลงจอดแต่ละครั้ง ใบพัดของมันปลดออกได้สำเร็จในวันที่ 8 เมษายน พ.ศ. 2564 ไม่กี่วันหลังจากถูกปล่อยลงพื้นผิวจากเพอร์เซเวียแรนส์

อินเจนูอิตี ขนชิ้นส่วนผ้าจากปีกของไรต์ไฟลเออร์ เครื่องบินของพี่น้องไรต์ อากาศยานขับเคลื่อนควบคุมลำแรกของมนุษยชาติบนโลก  และจุดบินขึ้นและลงจอดแรกของอินเจนูอิตีถูกตั้งชื่อว่า ลานพี่น้องไรต์  ก่อนการบินของอินเจนูอิตี การบินครั้งแรกในทุกประเภทบนดาวเคราะห์ดวงอื่นนอกจากโลกคือ การบินบอลลูนไร้แรงขับบนดาวศุกร์ โดยยานอวกาศ เวกา 1 ของสหภาพโซเวียตในปี พ.ศ. 2528

ชื่อ
พาหนะถูกตั้งชื่อว่า อินเจนูอิตี ( , "ความเฉลียวฉลาด") โดย วาเนซซา รุปปานี นักเรียนหญิงชั้นปีที่ 11 (เทียบเท่ามัธยมศึกษาปีที่ 5) ที่โรงเรียนมัธยมศึกษาเขตทัสคาลูซา ในเมืองนอร์ทพอร์ต, รัฐแอละแบมา ผู้ส่งเรียงความเข้าประกวดในการแข่งขัน "Name the Rover" ของนาซา  เป็นที่รู้จักในขั้นวางแผนในชื่อ เฮลิคอปเตอร์สำรวจดาวอังคาร () หรือแค่ในชื่อ เฮลิคอปเตอร์ดาวอังคาร() ชื่อเล่น จินนี่ () ถูกนำมาใช้ต่อมา คู่ขนานกับยานสำรวจดาวอังคาร เพอร์เซเวียแรนส์ ซึ่งถูกกล่าวถึงโดยเสน่หาว่า เพอร์ซี่ ()

การออกแบบ

เนื่องจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมีความหน้าแน่นเพียง  ของชั้นบรรยากาศโลกที่ระดับน้ำทะเล มันจึงยากขึ้นมากสำหรับอากาศยานที่จะสร้างแรงยก ความยากที่ถูกชดเชยเพียงบางส่วนโดยแรงโน้มถ่วงที่ต่ำกว่าของดาวอังคาร (ประมาณ  ของแรงโน้มถ่วงโลก) การบินใกล้กับพื้นผิวดาวอังคารถูกอธิบายว่า เทียบเท่ากับการบินที่ความสูงกว่า  เหนือพื้นโลก ความสูงที่ไม่เคยไปถึงโดยเฮลิคอปเตอร์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ชั้นบรรยากาศดาวอังคารนั้นส่วนใหญ่ประกอบไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้อินเจนูอิตี ต้องหมุนใบพัดที่ 2,400 รอบต่อนาที เพื่อที่จะลอยอยู่ ซึ่งเป็นประมาณห้าเท่าของรอบใบพัดที่จำเป็นบนโลก

อินเจนูอิตี นั้นถูกออกแบบมาเป็นตัวสาธิตเทคโนโลยีโดยห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่นเพื่อประเมินว่าเทคโนโลยีนี้สามารถบินได้อย่างปลอดภัย และมอบการสร้างแผนที่และนำทางที่จะช่วยให้ข้อมูลเพื่มเติมสำหรับผู้ควบคุมภารกิจในอนาคต สามารถวางแผนเดินทาง และหลีกเลี่ยงอันตราย รวมถึงระบุจุดสนใจสำหรับยานสำรวจดาวอังคาร อินเจนูอิตี นั้นถูกออกแบบเพื่อมอบภาพมุมสูงที่มีความคมชัดประมาณสิบเท่าของภาพจากวงโคจร และจะมอบภาพของลักษณะบางอย่างที่อาจบดบังจากกล้องของยานสำรวจดาวอังคาร เพอร์เซเวียแรนส์ มีการคาดหมายว่าการสำรวจแบบนี้อาจจะช่วยให้ยานสำรวจดาวอังคารในอนาคตขับไปได้ไกลกว่าเดิมถึงสามเท่าต่อโซล

อินเจนูอิตี ใช้ใบพัดหมุนย้อนร่วมแกน เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ  น้ำหนักบรรทุกของมันเป็นกล้องมองลงความละเอียดสูงสำหรับการนำทาง ลงจอด และสำรวจพื้นผิว และระบบสื่อสารสำหรับส่งข้อมูลสู่ยานสำรวจดาวอังคาร เพอร์เซเวียแรนส์  แม้ว่ามันจะเป็นอากาศยาน มันถูกสร้างขึ้นด้วยรายละเอียดคุณลักษณะจำเพาะของยานอวกาศเพื่อให้มันสามารถทนอัตราเร่งและการสั่นขณะส่งจรวดได้ มันยังมีระบบที่สามารถต้านทานรังสีและสามารถทำงานในสภาพเย็นจัดของดาวอังคาร สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอของดาวอังคารทำให้การใช้เข็มทิศในการนำทางเป็นไปไม่ได้ ดังนั้นมันจึงใช้กล้องติดตามดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่รวมกับระบบนำทางด้วยแรงเฉี่อยของห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น ตัวป้อนข้อมูลเข้าเพิ่มเติมได้แก่ ไจโรสโคป, การวัดระยะทางจากภาพ, เครื่องวัดความเอียง, เครื่องวัดความสูง และเครื่องตัวจับสิ่งอันตราย มันถูกออกแบบให้ใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อเติมไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่ของมัน ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของโซนี่หกก้อน ซึ่งมีประจุพลังงาน  

ระยะเวลาในการบินนั้นไม่ได้ถูกจำกัดโดยพลังงาน แต่ถูกจำกัดโดยความร้อนส่วนเกิน ที่ทำให้มอเตอร์ร้อนขึ้นขณะบินที่อัตรา 1 เคลวินต่อวินาที

อินเจนูอิตี ใช้หน่วยประมวลผลสแนปดรากอน 801 ของควอลคอมม์ กับระบบปฏิบัติการลินุกซ์ ท่ามกลางความสามาถอื่น ๆ หน่อยประมวลผลนี้ควบคุมขั้นตอนวิธีนำทางด้วยภาพผ่านการประมาณการอัตราเร็ว ซึ่งหาจากลักษณเฉพาะซึ่งติดตามโดย กล้องมองลงนำทางขาวดำซึ่งมีเซนเซอร์ชัตเตอร์ครอบคลุม โอวี7251 ของออมนิวิสชัน หรือผ่านกล้องมองขอบฟ้าถ่ายพื้นผิว   
หน่วยประมวลผลควอลคอมม์นั้นเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ควบคุมการบินสองหน่วย เพื่อปฏิบัติการควบคุมการบินที่จำเป็น มันยังขนตัววัดแรงเฉี่อยชนิดสำหรับโทรศัพท์มือถือ บีเอ็มไอ-160 ของบอร์ช, เซ็นเซอร์วัดความเอียง เอสซีเอ100ที-ดี02 ของมูราตะ และเครื่องวัดความสูงเลเซอร์ ไลดาร์ไลท์ วี3 ของการ์มิน

การสื่อสารกับยานสำรวจดาวอังคารนั้นผ่านการเชื่อมต่อทางวิทยุด้วยโพรโทคอลสื่อสารพลังงานต่ำของซิกบี บนคลื่น 914 MHz ดำเนินการผ่านชิปเซตไซเฟลคซ์ 02 ซึ่งติดอยู่ทั้งในยานสำรวจดาวอังคารและเฮลิคอปเตอร์ดาวอังคาร ระบบสื่อสารนั้นถูกออกแบบมากดเพื่อส่งข้อมูลที่ 250 kbit/s ในระยะทางถึง . เฮลิคอปเตอร์สำรวจดาวอังคารใช้เสาอากาศแบบเสาเดี่ยวน้ำหนักเบาบนเซลล์แสงอาทิตย์ของเฮลิคอปเตอร์ ซึ่งใช้เป็นระนาบพื้นขนาดใหญ่ที่ถูกออกแบบให้สามารถสื่อสารได้เท่ากันในทุกทิศทาง ยานสำรวจดาวอังคารขนเสาอากาศแบบเสาเดียวสำหรับสื่อสารกับเฮลิคอปเตอร์เช่นกัน แม้จะเป็นเสาอากาศที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก

รายละเอียดภารกิจ
ภายหลังจากการปล่อยตัว ยานสำรวจดาวอังคารได้เคลื่อนออกมาจากโดรนประมาณ  ไปให้มีเขตการบินปลอดภัย เฮลิคอปเตอร์ อินเจนูอิตี นั้นถูกคาดว่าจะสามารถบินขึ้นได้ห้าครั้ง ระหว่างช่วงทดสอบสามสิบวัน ในระยะเริ่มต้นในภารกิจของยานสำรวจดาวอังคาร 

ในการบินแต่ละครั้ง มีการวางแผนการบินที่ความสูงตั้งแต่  เหนือพื้นดิน ถึงกระนั้น ในไม่ช้า อินเจนูอิตี สามารถบินไปสูงกว่าความสูงที่วางแผนไว้ได้ การบินครั้งแรกเป็นการลอยตัวที่ความสูง  นานประมาณ 40 วินาที และรวมถึงมีการถ่ายภาพยานสำรวจดาวอังคารด้วย ภายหลังจากความสำเร็จของการบินครั้งแรก การบินครั้งต่อๆ มาจึงมีความทะเยอทะยานมากขึ้น  เพราะเวลาที่ถูกจัดสรรไว้สำหรับบการใช้งานเฮลิคอปเตอร์ลดลงไปเรื่อยๆ เจพีแอลแจ้งว่า ภารกิจอาจจะจบก่อนครบช่วงสามสิบวัน ในกรณีที่เป็นไปได้สูงว่าเฮลิคอปเตอร์จะตก ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ไม่เกิดขึ้น ในการบิน 90 วินาที ต่อครั้ง อินเจนูอิตี สามารถเดินทางไปได้ไกลถึง  ในแนวระนาบ และกลับมายังจุดเริ่มต้น โดยนั้นก็เป็นเป้าหมายที่ถูกก้าวข้ามอย่างรวดเร็วในการบินครั้งที่สี่ อินเจนูอิตี ใช้ระบบควบคุมอัตโนมัติระหว่างการบินของมัน ซึ่งถูกวางแผนและออกคำสั่งจากระยะไกลโดยผู้ควบคุมที่ ห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่น (เจพีแอล) มันสื่อสารกับยานสำรวจดาวอังคาร เพอร์เซเวียแรนส์ โดยตรง ทั้งก่อนและหลังการลงจอดแต่ละครั้ง

ภายหลังการบินสำเร็จสามครั้งแรก วัตถุประสงค์นั้นถูกเปลี่ยนจากการสาธิตเทคโนโลยี เป็นการสาธิตการปฏิบัติการ เป้าหมายนั้นเปลี่ยนไปสู่การสนับสนุนภารกิจของยานสำรวจดาวอังคาร โดยการทำแผนที่และดูลาดเลาภูมิประเทศ ระหว่างที่ อินเจนูอิตี จะสนับสนุน เพอร์เซเวียแรนส์ มากขึ้น ตัวยานสำรวจดาวอังคารจะให้ความสนใจกับเฮลิคอปเตอร์ลดลง และจะเลิกถ่ายภาพการบินของมัน ผู้จัดการเจพีแอลแจ้งว่า ขั้นตอนการถ่ายภาพใช้เวลา "มหาศาล" ดึงภารกิจหลังของโครงการในการหาร่องรอยของสิ่งมีชีวิตโบราณให้ช้าลง ในวันที่ 30 เมษายน 2021 การบินครั้งที่สี่สามารถถ่ายภาพสีได้เป็นจำนวนมาก และได้สำรวจพื้นผิวด้วยกล้องสำรวจขาว-ดำ ในวันที่ 7 พฤษภาคม อินเจนูอิตี ได้บินไปยังจุดลงจอดใหม่ได้สำเร็จ

ในวันที่ 5 กรกฎาคม 2021 ภายหลังจากช่วงการสาธิตการปฏิบัติการนั้นสำเร็จ ภารกิจนั้นถูกต่อไปอย่างไม่มีกำหนด.

ประวัติปฏิบัติการ

เพอร์เซเวียแรนส์ ปล่อยโล่ป้องกันเศษชิ้นส่วนของ อินเจนูอิตี ในวันที่ 21 มีนาคม 2021 และตัวเฮลิคอปเตอร์ถูกปล่อยตัวลงจากด้านใต้ของยานสำรวจดาวอังคารสู่พื้นผิวดาวอังคารในวันที่ 3 เมษายน 2021. ในวันนั้น กล้องทั้งสองตัวของเฮลิคอปเตอร์ถูกทดสอบในการถ่ายภาพพื้นหลุมอุกกาบาตเจซีโรภายใต้เงาของยานสำรวจดาวอังคาร เป็นทั้งภาพสี และขาว-ดำ เป็นครั้งแรก

แผ่นใบพัดของ อินเจนูอิตีนั้นถูกปลดออกได้สำเร็จในวันที่ 8 เมษายน 2021 (โซลที่ 48 ของภารกิจ) และตัวเฮลิคอปเตอร์ได้ทำการทดสอบการหมุนของโรเตอร์ที่ความเร็วต่ำ 50 รอบต่อนาที

มีความพยายามทดสอบการหมุนโรเตอร์ที่ความเร็วสูงในวันที่ 9 เมษายน แต่ล้มเหลวเนื่องจากการหมดอายุของตัวตั้งเวลาเฝ้าระวัง — มาตรการทางซอฟต์แวร์สำหรับป้องกันเฮลิคอปเตอร์จากการปฏิบัติการผิดปกติในสถานการณ์ที่ไม่คาดคิด ในวันที่ 12 เมษายน เจพีแอลแจ้งว่า สามารถระบุวิธีแก้ไขซอฟต์แวร์เพื่อแก้ปัญหาได้แล้ว แต่เพื่อประหยัดเวลา เจพีแอลตัดสินใจที่จะใช้มาตรการแก้ปัญหาทางอ้อม ซึ่งผู้จัดการแจ้งว่า มีโอกาส 85% ที่จะสำเร็จ และเป็นขั้นตอนที่จะ "ส่งผลกระทบน้อยที่สุด" แก่เฮลิคอปเตอร์

ในวันที่ 16 เมษายน 2021 อินเจนูอิตี ผ่านการทดสอบการหมุนโรเตอร์ที่ความเร็วสูงสุด 2400 รอบต่อนาที ในขณะที่ยังคงอยู่บนพื้นผิว สามวันต่อมา ในวันที่ 19 เมษายน เจพีแอลบินเฮลิคอปเตอร์นี้เป็นครั้งแรก ในความพยายามในการบินครั้งที่สี่ปัญหาจากตัวตั้งเวลาเฝ้าระวังเกิดขึ้นอีกครั้ง คณะผู้ควบคุมจึงปรับกำหนดการบินใหม่ ซึ่งประสบความสำเร็จในวันที่ 30 เมษายน ในวันที่ 25 มิถุนายน เจพีแอลแจ้งว่า ได้มีการอัปเดตซอฟต์แวร์ในสัปดาห์ก่อนหน้าเพื่อแก้ไขปัญหาจากตัวตั้งเวลาเฝ้าระวังอย่างถาวร และการทดสอบการหมุนโรเตอร์ในการบินครั้งที่แปดได้ยืนยันว่าการแก้ไขใช้งานได้ 

คณะผู้ควบคุม อินเจนูอิตี วางแผนที่จะบินเฮลิคอปเตอร์ทุกสองถึงสามสัปดาห์ระหว่างภารกิจของมันที่ถูกต่อไปอย่างไม่มีกำหนด ความสามารถในการบินของเฮลิคอปเตอร์ที่ยาวกว่าที่คาดนั้นทำให้มันเข้าสู่ช่วงเปลี่ยนฤดูบนดาวอังคาร ซึ่งความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศ ณ ตำแหน่งของมันเบาบางลงไปอีก คณะควบคุมการบินเตรียมพร้อมโดยการสั่งให้ อินเจนูอิตี ทำการทดสอบภาคพื้นดิน หมุนโรเตอร์ให้เร็วกว่าเดิม เพื่อให้ได้แรงยกที่จำเป็น เจพีแอลแจ้งว่าความเร็วโรเตอร์ที่วางแผนไว้สูงขึ้นที่ 2700 รอบต่อนาที จะทำให้เกิดความเสี่ยงใหม่ เช่น การสั่น การใช้พลังงาน และแรงต้านางอากาศพลศาสตร์หากปลายใบพัดเข้าถึงความเร็วเสียง ความเร็วในการทดสอบอยู่ที่ 2800 รอบต่อนาที ทำให้มีระยะสำหรับการเพิ่มรอบหากความเร็วใบพัดที่วางแผนไว้ที่ 2700 รอบต่อนาทีนั้นไม่เพียงพอ อินเจนูอิตี จะพบกับอีกหนึ่งความท้าทายเพื่อจะยังคงความสามารถในการทำงานไว้ระหว่างฤดูหนาวบนดาวอังคารและการเรียงตัวระหว่างดาวอังคารกับดวงอาทิตย์ ซึ่งดาวอังคารจะเคลื่อนไปหลังดวงอาทิตย์ ตัดการสื่อสารกับโลก บังคับให้เฮลิคอปเตอร์และยานสำรวจดาวอังคารและต้องหยุดปฏิบัติการณ์ชั่วคราว การปิดตัวจะเกิดขึ้นในช่วงกลางเดือนตุลาคม ซึ่งจะมีการเตรียมการก่อนตั้งแต่ช่วงกลางเดือนกันยายน  อินเจนูอิตี จะอยู่คงที่ ณ ตำแหน่งของมัน  จาก เพอร์เซเวียแรนส์ และจะสื่อสารสถานะของมันทุกอาทิตย์กับยานสำรวจดาวอังคารสำหรับการตรวจสอบสภาพ จากเฮลิคอปเตอร์ยังรับคำสั่งหลังจากผ่านสภาพที่รุนแรงของช่วงขาดการสื่อสาร เจพีแอลอาจตัดสินใจบินมันต่อ มิเช่นนั้นคณะผู้ควบคุมจะตัดสินใจยุติภารกิจ

รายการบิน

ประสบการณ์การบิน

ระเบียงภาพ

เสียง

วิดีโอ

แผนที่การบิน

ภาพโดย เพอร์เซเวียแรนส์

ภาพเพิ่มเติมของการบิน

แอนิเมชันของการบิน

แอนิเมชัน และสไลด์โชว์ของการบินจากภาพที่ได้มาจากกล้องของ อินเจนูอิตี

ภาพโดย อินเจนูอิตี

ช่วงการปล่อยลง

ภาพถ่ายตนเอง

เชิงอรรถ

อ้างอิง

 นาซาเปิดตัวภารกิจใหม่ใช้ “เฮลิคอปเตอร์” สำรวจดาวอังคาร Mar2020 , สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ(องค์การมหาชน), สืบค้นเมื่อ 1 มกราคม 2563.
 NASA's Mars Helicopter Attached to Mars 2020 Rover, NASA, สืบค้นเมื่อ 1 มกราคม 2563.
 JPL Mars Helicopter Scout,สืบค้นเมื่อ 1 มกราคม 2563.
 Mars Helicopter, NASA, สืบค้นเมื่อ 9 เมษายน 2564

รายงานสถานะ

แหล่งข้อมูลอื่น 

 Mars Helicopter Technology Demonstrator. (PDF) – The key design features of the prototype drone.
 First Video of NASA’s Ingenuity Mars Helicopter in Flight, Includes Takeoff and Landing (High-Res)

ภารกิจสู่ดาวอังคาร
เฮลิคอปเตอร์ไร้คนขับ