¿Por qué no una plataforma de aterrizaje con células solares en el rover Mars 2020 para el helicóptero explorador?

En mayo de 2018, el Mars Helicopter Scout (MHS) fue aprobado para volar en la misión Mars 2020 .

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Autor: NASA/JPL-Caltec.

Es un helicóptero no tripulado alimentado por energía solar con una masa de 1,8 kg y un diámetro de rotor coaxial de 1,2 m.

En esta publicación reciente sobre el diseño y desarrollo del helicóptero:

El helicóptero funciona con un sistema de batería de iones de litio que se recarga diariamente mediante un panel solar. La energía de la batería se utiliza para hacer funcionar los calentadores para sobrevivir a las frías noches marcianas, así como para hacer funcionar los actuadores y la aviónica del helicóptero durante vuelos cortos que duran entre 90 segundos y unos pocos minutos. Dependiendo de la latitud de las operaciones y la temporada marciana, la recarga de esta batería a través del panel solar podría ocurrir en uno o varios soles (días marcianos).

El panel solar a bordo tiene 544 cm 2 área de celda activa y está centrada sobre los rotores coaxiales.

Se estima que con una capacidad de batería disponible de aproximadamente 36 Wh , el uso de energía de supervivencia durante la noche será de 21 Wh y aproximadamente 10 Wh estarán disponibles para el vuelo.

¿No podría mejorarse considerablemente la duración y la frecuencia de los vuelos diarios del helicóptero recargando la batería con células solares en una plataforma de aterrizaje telescópica colocada en la parte trasera del rover Mars 2020?

Con una plataforma de 2 x 2 metros, un aterrizaje no sería tan difícil para un helicóptero con un diámetro de rotor coaxial de 1,2 metros, incluso con un modelo de demostración simple como este.

Con una superficie de 40.000 cm 2 por ejemplo, la recarga de la batería del helicóptero podría hacerse fácilmente más de 4 veces al día en esta plataforma, mientras que por la noche el explorador podría permanecer en la plataforma para mantenerse caliente con la energía a bordo del rover.
Entonces, a diferencia de un helicóptero independiente, con la plataforma, el explorador puede usar toda la capacidad de la batería disponible para volar y al mismo tiempo.

Además, se podrían realizar varios vuelos en diferentes direcciones en un día, acelerando considerablemente la capacidad de exploración.

Y también será ventajoso tener mucha más energía para el rover y sus instrumentos.

Una plataforma de aterrizaje con celdas solares limitaría el helicóptero a un área muy pequeña porque debe regresar a la plataforma después de cada vuelo. Si se pierde la plataforma una vez, no hay otra oportunidad.
@Uwe Tienes razón, por lo que el helicóptero debe mantener su propio panel solar en caso de emergencia.
@Uwe Sin plataforma, el helicóptero estaría limitado a un vuelo diario de 90 segundos. y un rango de vuelo de hasta 300 m., porque se necesita mucha energía para mantenerlo lo suficientemente caliente durante la noche. Con la plataforma, casi toda la energía de la batería a bordo se puede usar para volar y, por lo tanto, el rango de vuelo podría ser de hasta 900 m. Eso no sería un área pequeña.
¿Por qué no un dron dirigible?
@anon No sé, podría ser una buena pregunta, tal vez con algunas respuestas interesantes.

Respuestas (1)

Mars Helicopter Scout es "solo" una misión de demostración para demostrar que es posible operar un vehículo aerotransportado en Marte. Tiene capacidades muy limitadas, como el peso total de solo 1,8 kg.

  • el helicóptero es solo una característica adicional, pero nada como una parte integral de la misión. Lanzar 2 kg de material encima de un rover con dispositivos de medición delicados no es algo perfectamente seguro. Por lo tanto, se planea que el helicóptero solo opere a una distancia segura del rover.

  • si aterriza en la parte superior, también necesita medios para sujetar el helicóptero. Imagine el rover subiendo una pendiente, el helicóptero con las baterías vacías en la parte superior se desliza hacia abajo y una de sus patas se atasca en una rueda.

  • es probable que no haya sensores más avanzados a bordo que un acelerómetro y cámaras. Para un aterrizaje de precisión en la parte superior de otra estructura, necesitaría mucho procesamiento de imágenes y orientación en tiempo real.

  • el helicóptero está diseñado para no realizar aterrizajes suaves, sino para dejarlo caer desde una altura efectiva de hasta 1,1 metros (0,3 m más 2,5 m/s de velocidad, consulte el Demostrador de tecnología de helicópteros de Marte )

  • la plataforma de 4 m² propuesta en la pregunta editada agregaría mucha complejidad a todo el proyecto. Los paneles típicos utilizados en los satélites pesan alrededor de 2 kg por metro cuadrado, sin contar el refuerzo adicional necesario en Marte y para sostener el helicóptero sobre ellos. Encima viene la electrónica y la mecánica necesarias para desplegar el panel. Asumiría un peso total de al menos 15 kg, 8 veces más que el diseño actual.

Creo que es muy probable que una futura misión extendida de helicópteros a Marte use un esquema como el que usted propuso, pero esta misión de demostración a pequeña escala es demasiado pronto.

además de aterrizar, tendría que haber alguna forma de pasar la carga del rover; una conexión mecánica tendría que ser a prueba de arena y probablemente requeriría un aumento de la precisión de aterrizaje. La energía inalámbrica corre el riesgo de interferir con los sistemas móviles. Tener que regresar al rover limita el alcance del dron a menos de la mitad de su tiempo de vuelo, lo que socava enormemente su utilidad como explorador para los planificadores de rutas del rover.
@JCRM ¿No podría protegerse lo suficiente la transmisión de energía inalámbrica? Un helicóptero independiente solo puede utilizar un tercio de la energía de la batería, por lo que tiene un tiempo de vuelo diario inferior a la mitad del tiempo de vuelo con la plataforma. ¡Y esos vuelos podrían hacerse fácilmente 4 veces al día en varias direcciones desde el rover!
Gracias por su respuesta. Estoy de acuerdo con usted en que se necesitará procesamiento de imágenes en tiempo real y orientación, pero, por supuesto, el helicóptero no tiene que estar en la plataforma cuando está viajando, por lo que no se producirán golpes en dispositivos delicados debido a eso.
Por supuesto, la plataforma está ahí para proteger los dispositivos delicados y con una gravedad en Marte inferior a la mitad que en la Tierra, yo diría que "material golpeando" no son los términos correctos para usar.
@Conelisinspace Corresponde a dejar caer 2 kg desde una altura de 40 cm en la Tierra sobre una superficie rígida. ¡Y este es solo el valor de diseño, no el impacto en caso de mal funcionamiento! Si desea dejar el helicóptero a un lado mientras se mueve, esto le costará mucha flexibilidad (no podrá conducir mientras la batería del helicóptero está vacía) y la distancia de vuelo limitada también limita la capacidad de conducción.
@asdfex Entonces, para la seguridad del rover, sería mejor acercarse al rover con el explorador en la parte trasera con la plataforma telescópica ... ¿Supongo que cargar la batería dura 1 hora? Esto podría hacerse cuando el rover esté examinando los alrededores. Y 1 minuto de vuelo será al menos 100 m de distancia, ¿cómo limitaría esto la capacidad de conducción?
@asdfex ¿Por qué compararía el peso de la plataforma con el peso del helicóptero? Si tiene razón sobre el peso total de 15 kg, eso no sería mucho en comparación con los 1050 kg del rover. Y la energía solar adicional podría utilizarse ventajosamente.
Esa cifra de 0,6 m no me cuadra. La caída desde 0,3 m en Marte es de 1,5 m/s. La caída desde 0,6 m es de 2,1 m/s. 2,5 m/s+30 cm daría como resultado una velocidad de aterrizaje de 2,91 m/s, o una caída del equivalente a 1,14 m. ¿No asumiste la gravedad de la Tierra por casualidad?
@Conelisinspace, podría volar más en un SOL usando el rover, pero se limitaría a estar a menos de la mitad del tiempo de vuelo de él. Tal como está, puede avanzar tanto como sea necesario antes de enviar el rover a una ruta.
@JCRM Tienes razón, por lo que debería mantener su propio panel solar. Pero con una plataforma la batería del helicóptero podría recargarse varias veces en un SOL, por lo que en ese tiempo podría tener varios vuelos en distintas direcciones.
@SF. Creo que estabas viendo una versión anterior. Lo arreglé 9 horas antes de tu comentario.
@Conelisinspace comparo el peso total de esta misión de demostración. Tendrías que eliminar este peso de otras partes de la misión principal.
¿Por qué no una plataforma de aterrizaje con células solares en el rover Mars 2020 para el helicóptero explorador?
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