¿Desafíos para cartografiar la superficie de Marte con helicópteros? ¿Sería mejor que las imágenes de satélite?

Suponiendo que pudiéramos construir sobre lo que aprendimos de Ingenuity, y construimos, lanzamos y aterrizamos una plataforma de helicóptero que fue diseñada para mapear de forma autónoma la superficie de Marte, ¿qué desafíos valdría la pena emprender?

Estás pidiendo demasiado, y porque estás pidiendo demasiado, te estás perdiendo el punto de Ingenuity y sus helicópteros de seguimiento, que serán mejores en términos de confiabilidad y en términos de mapeo.

Mira a nuestro propio planeta. La Tierra tiene múltiples satélites Landsat. Las imágenes Landsat se percibieron como de muy alta resolución hace 49 años, cuando se lanzó el primer satélite Landsat. Las imágenes Landsat ya no se perciben como de alta resolución. Tenemos varias docenas de satélites de grado militar y comercial que orbitan la Tierra que hacen que las imágenes de Landsat parezcan los dibujos de crayones de un niño. Tenemos miles y miles de aviones, helicópteros y drones cuyas fotografías aéreas hacen que incluso las imágenes de mayor resolución de los modernos satélites de observación de la Tierra también parezcan los dibujos de crayones de un niño. Sin embargo, quedan vastas extensiones de la superficie de la Tierra que se mapean con precisión de nivel Landsat.

No hemos llegado ni cerca de mapear la superficie de la Tierra usando fotografías aéreas. Dicho esto, la fotografía aérea ha ayudado mucho, muchísimo. Pero no está completo. Pedir que esté completo en Marte es pedir demasiado.

Lo que será útil es que los helicópteros hagan un mejor trabajo identificando objetos de interés y mapeando mejor el camino a seguir para los rovers de Marte que esos objetos de interés / caminos hacia esos objetos de interés identificados por imágenes del propio rover o de satélites Piense en todas las veces que un rover de Marte ha tenido que retroceder porque las imágenes del satélite y del rover no vieron obstáculos. Piense en todas las veces que un rover de Marte investigó lo que parecía ser un objeto de interés que resultó ser un objeto sin interés. Probablemente también hubo momentos en que un rover de Marte no investigó lo que debería haber sido un objeto de interés que las imágenes del rover y del satélite pasaron por alto.

Una mejor identificación de caminos y una mejor identificación de objetos de interés es cómo un helicóptero de Marte puede ser beneficioso. No se necesita un mapeo completo de Marte.

Como se ha dicho en otras respuestas, una encuesta aérea de todo el planeta sería excesiva, pero las encuestas detalladas de regiones específicas de interés serían donde las encuestas aéreas serían más beneficiosas.

Puedo imaginar un uso gradual de vehículos voladores en Marte.

• Para ayudar con la exploración inicial de Marte ayudando a los rovers a encontrar objetivos y ayudando a encontrar una mejor manera para que los rovers alcancen puntos de interés en la superficie.
• Durante el descenso del Apolo 11 en la Luna, hubo un problema con rocas inesperadas en el lugar de aterrizaje objetivo. La prospección aérea podría proporcionar mejores detalles de los sitios propuestos para el aterrizaje y las bases en Marte.
• Cuando se han establecido bases, los dispositivos voladores pueden realizar estudios aeromagnéticos para ayudar con la exploración mineral de Marte. Esto requeriría un dispositivo volador robusto con una fuente de energía que permitiera largos tiempos de vuelo y una reposición fácil y rápida de la fuente de energía.

No. El problema es el ancho de banda. La cámara de mayor resolución en la órbita de Marte en este momento es la cámara HiRISE. Puede obtener imágenes de la superficie del planeta con una resolución de unos 25 cm. Solo en 15 años ha sido capaz de capturar alrededor del 4% del planeta. La razón por la que no han podido enviar más datos se debe a las limitaciones de ancho de banda. Y MRO tiene el ancho de banda más alto de cualquier nave espacial allí.

Una flota de helicópteros, suponiendo que funcionaran fantásticamente y con el mínimo esfuerzo, seguiría estando limitada por el ancho de banda. Un satélite puede tener un plato más grande, lo que permite un mayor ancho de banda. Por lo tanto, un satélite siempre será una mejor opción, siempre que el objetivo sea enviar los datos a la Tierra.

Los helicópteros, como han mencionado otros, podrían permitir un escaneo de muy alta resolución de un área específica, lo que podría ser útil. Una aplicación podría ser enviarlos para realizar misiones de exploración para una misión de Starship a Marte, por ejemplo. Pero como el peso es tan importante, realmente necesitan estar razonablemente cerca de una nave espacial más grande para transmitir sus datos a casa, al menos por ahora.

¿Valdría la pena cartografiar globalmente la superficie de Marte con una resolución superior a ~20 m/píxel utilizando enjambres de helicópteros/drones automatizados en lugar de un solo satélite?

No en este momento.

Mars Express ha producido un modelo de superficie de alta resolución casi completo de Marte. No estoy seguro si la resolución incluye datos de elevación. Este es un modelo de elevación digital de Marte con una resolución de 200 m.

La superficie de Marte es comparable a la superficie terrestre de la Tierra. Un 'grupo de helicópteros' necesitó demasiado tiempo en comparación con uno solo o un pequeño número de satélites.

¿Cuántos bits se necesitarían para mapear la superficie completa de Marte?

La superficie es de 149 millones de km cuadrados, es decir 149E12 metros cuadrados. Si queremos almacenar píxeles de un metro cuadrado, tres bytes de color, necesitamos 447E12 bytes de almacenamiento. Un disco de terabyte almacena 1.099E12 bytes. Entonces necesitamos 407 discos con 1 terabyte cada uno para almacenamiento. El uso de discos de 16 terabytes reduce el número a solo 26.

Una transferencia de todos esos datos con un ancho de banda de 1 megabit por segundo tardaría 447 * 8 millones de segundos o 113 años.

En Marte, un helicóptero puede:

• Vuele a altitudes que de otro modo serían fácilmente alcanzables por un grupo de instrumentos en el mástil de un rover, mientras lleva un paquete de instrumentos severamente minimizado.
• Consuma el valor de días de energía acumulada en cuestión de minutos.
• Falla catastróficamente si una pala golpea cualquier obstáculo, en vuelo o al aterrizar.

De manera realista, no está volando helicópteros hacia cuevas o cerca de un acantilado, o en cualquier lugar lejos de un lugar de aterrizaje nivelado y libre de obstrucciones con buena luz solar durante todo el día. Un mástil/pluma articulado en un rover (u otros enfoques, como sub-rover atados a cabrestantes) podría acceder a cuevas y acantilados mientras lleva más instrumentos, pudiendo pasar más de unos segundos investigando sitios de interés, moviéndose a través de terreno en el que un helicóptero no se arriesgaría a aterrizar y cubrir más terreno mientras consume mucha, mucha menos energía.