Marshelikopter succesvol geland. Hoe kreeg NASA dit voor elkaar?

NASA’s Marshelikoptertje Ingenuity heeft maandag de eerste gemotoriseerde vlucht op een andere planeet gemaakt. Het vloog naar drie meter hoogte, bleef daar 30 seconden hangen, om daarna weer te landen. Een luchtvaartmijlpaal, benadrukt NASA, die de start- en landingsplaats tot vliegveld uitriep.

Het was een filmpje van maar enkele beelden: een Mars-helikoptertje op de grond in een rood, bergachtig Marslandschap, een paar frames waarin het wat hoger hangt, daarna stond het weer op de grond.

Ondanks die eenvoud maakte het GIF-je een applaus los in de controlekamer van het Ingenuity-ingenieursteam van NASA, dat maandag in spanning zat te wachten op een levensteken van de 49 centimeter hoge Mars-helikopter. Het nagelbijten werd live gestreamd.

Radiosignalen van en naar Mars doen zo’n 20 minuten over de reis, dus rechtstreeks aansturen is onmogelijk. Ingenuity moet haar vluchten autonoom uitvoeren. Na het versturen van het commando, kon het team alleen maar afwachten. De verlossende woorden werden, nog vóór het filmpje, voorgelezen van een scherm. „Ingenuity meldt het uitvoeren van spinup, opstijgen, vlucht, stilhangen, afdalen, landing en spindown.”

NASA-ingenieurs met mondkapjes achter computerschermen moesten zichtbaar moeite doen om elkaar niet in de armen te vallen, zoals teamleider MiMi Aung die haar enthousiasme dan maar uitte met vuistballende triomfgebaren en het verscheuren van de plannen voor als er iets mis zou gaan.

Ingenuity liftte mee aan de onderkant van de Marskar Perseverance, die op 18 februari op Mars landde. Op 3 april liet de Marskar het helikoptertje op de Marsbodem zakken, om daarna weg te rijden naar een veilige afstand van zo’n 100 meter.

1,8 kilogram

Ingenuity wordt aangedreven met twee tegen elkaar in draaiende rotors van piepschuim, bedekt met koolstofvezel, die elk 35 gram wegen. De zwaartekracht op Mars is maar 38 procent van die op aarde, maar de luchtdruk is slechts 0,6 procent van die op aarde, dus de rotors hebben veel minder lucht om zich tegen af te zetten. Vandaar dat de bladen 1,2 meter lang zijn, en rond kunnen draaien met een forse maximumsnelheid van 40 omwentelingen per seconde.

De helikopter, die slechts 1,8 kilogram weegt, is uitvoerig getest in NASA-testkamers met dezelfde luchtdruk, en dezelfde ijle windvlagen als op Mars. Bovenop de rotors zit een zonnepaneel waarmee de lithium-ion-batterijen opgeladen worden. De capaciteit van 35 watt-uur, ongeveer drie smartphonebatterijen, is niet alleen bedoeld voor de motoren, maar ook om de elektronica warm te houden in een omgeving waar het 100 graden kan vriezen.

De maximale vluchtduur is 90 seconden, maar de eerste vlucht bleef daar ruim onder met 39,1 seconden. Ingenuity steeg op om 12:33 Mars-tijd, laat in de Mars-ochtend zodat de batterijen al wat opgeladen waren. Ook was het helikoptertje al wat al opgewarmd in de zon, maar de vlucht vond nog vóór de middag plaats, als er winden kunnen opsteken en de dichtheid van de Mars-lucht kan dalen.

Aan boord zijn twee camera’s: een kleurencamera voor omgevingsbeelden, en een zwartwitcamera die naar beneden gericht is voor oriëntatie. Verder helpen een laser-hoogtemeter, gyroscopen en versnellings- en hellingmeters mee met de navigatie.

Wetenschappelijke meetinstrumenten ontbreken. Het helikoptertje, kosten 85 miljoen dollar, is nadrukkelijk bedoeld om de technologie te testen, als voorloper van krachtiger autonome vliegtuigen op latere interplanetaire missies. Die kunnen dan bijvoorbeeld de omgeving verkennen en fotograferen, monsters nemen, en rotsachtige gebieden onderzoeken die voor karretjes niet toegankelijk zijn.

Een voorbeeld is NASA’s drone Dragonfly, die tegen 2036 moet vliegen in de dichte stikstof-atmosfeer van de Saturnusmaan Titan, een wereld met meren, wolken, en regenbuien van organische moleculen als methaan en ethaan. Alleen de Europese sonde Huygens landde er eerder, in 2004.

Meer vluchten op de planning

Een eerdere vluchtpoging van Ingenuity op 9 april werd afgeblazen wegens een softwarefout, waardoor de helikopter niet kon doorschakelen naar de vluchtmodus. Het team werkte onder tijdsdruk aan twee oplossingen, en schatte de kans dat het deze keer wél zou lukken vooraf in op 85 procent.

Na de vlucht van maandag zijn nog vier vluchten gepland, waarbij Ingenuity steeds verder en langer zal vliegen, tot maximaal 5 meter hoogte en 50 meter van zijn startpunt. Vlucht en landing worden gefilmd door het moederschip Perseverance, die op zijn beurt weer gefilmd werd door Ingenuity. Met een knipoog naar Harry Potter-personages wordt het koppel ook wel Ginny en Percy genoemd.

NASA verbindt de vlucht nadrukkelijk met de eerste gemotoriseerde vlucht in 1903 door de gebroeders Wright. Onder het zonnepaneel van Ingenuity zit een klein stukje stof van hun Wright Flyer. Het stukje Mars waarvandaan Ingenuity opsteeg en landde is omgedoopt tot vliegveld onder de naam Wright Brothers Field.