¿Qué tan rápido se desgastan las rodillas de Ingenuity?

Cada pierna de Ingenuity tiene lo que llamaré una rodilla. Después de unos pocos vuelos, el 10 de mayo de 2021, la NASA escribió:

Al deformarse plásticamente y fatigarse a medida que absorbe energía, esta flexión actúa de manera muy similar a la estructura de la zona de deformación del chasis de un automóvil. Sin embargo, a diferencia de un automóvil o el tren de aterrizaje con amortiguación de arrugas de los módulos de aterrizaje lunar Apolo, los resortes de titanio de Ingenuity se recuperan después de cada impacto para volver a poner estos amortiguadores de aluminio en forma para el próximo aterrizaje. El amortiguador de aluminio se vuelve un poco más débil con cada ciclo a medida que se desarrollan grietas y pliegues. Si bien eventualmente se rompería después de unos cientos de aterrizajes forzosos, con solo unos pocos vuelos programados para esta demostración, ese es un problema que solo podríamos soñar con tener.

Casi un año después, ha tenido 23 vuelos. ¿Alguno de sus sensores, como su IMU o su altímetro, ha podido detectar qué tan rápido se está desarrollando este esperado agrietamiento gradual? ¿Se ha elegido algún umbral, más allá del cual Ingenuity debería ceñirse a aterrizajes suaves?

El artículo vinculado al comentario de BrendanLuke15 dice que el amortiguador es "aluminio recocido de la serie 1100" cuya amortiguación es "en gran medida independiente de la temperatura o la presión atmosférica". Pero, ¿cómo se aplican las hojas de datos de fatiga para 1100 a esta forma en particular (1 x 2 cm? ¿0,5 mm de espesor? ¿Cuánto se desvía ya qué velocidad)? ¿Qué tan diferente se comportaría un amortiguador parcialmente fatigado (como si fuera la mitad de grueso debido a las grietas)? ¿Se podría medir ese comportamiento por Ingenio?

¿Tenemos alguna indicación de que hubo algún "aterrizaje forzoso" hasta ahora?
Estoy pensando que "unos pocos cientos" sigue siendo una estimación baja. Este tipo de tecnología no es nada revolucionario, bastante común en los drones comerciales de nivel medio, y la durabilidad llega fácilmente a decenas de miles de aterrizajes.
@asdfex Buena pregunta. También preguntaría "¿cuáles son las definiciones de aterrizajes suaves y duros?"
@SF. ¿Puedes dar un ejemplo de uno? Parece que no puedo encontrar ninguno con piernas/"rodillas" así
@ BrendanLuke15 Probablemente porque todavía está pensando en tecnología demasiado avanzada y busca referencias profesionales y libros blancos. Está mucho más cerca de las patas de un dron de juguete barato donde un simple resorte (o en el caso vinculado, una lengüeta de plástico flexible) permite un poco de movimiento hacia afuera en un aterrizaje forzoso, absorbiendo algo de energía.
@SF hay una gran diferencia entre una pata simple con resorte y una pata de VIAJE AMORTIGUADO. Imagine una camioneta con una carga pesada en su caja. Con solo resortes en el eje, el camión rebotaba y rebotaba hasta que la energía se disipaba en forma de calor en los resortes. El elemento de amortiguación trabaja contra el sistema de 'sonido' para que el helicóptero pueda minimizar el rebote del aterrizaje. Supongo que las patas de fibra de carbono son bastante rígidas y no se flexionan mucho.
@BradV La diferencia podría ser grande si Ingenuity aterrizara en una superficie de roca sólida, no en arena. Dudo que la flexión se flexione mucho allí. Si bien su conjunto de motor y rotor definitivamente enfrenta los desafíos de la atmósfera de Marte, el conjunto de aterrizaje realmente no encuentra nada que los drones comerciales no encuentren. En particular, con menos de 2 kg, es más comparable a la clase de aficionados/pasatiempos/juguetes que a los consumidores profesionales, y estos tienden a soportar bastante abuso sin equipo costoso. Claro que no puede colocar el Ingenuity en posición vertical si se vuelca, pero también se puede programar un aterrizaje un poco más suave.
@SF, la pierna del dron a la que se vincula no es realmente una rodilla y no parece proporcionar disipación del impacto de aterrizaje. En la posición completamente desplegada, la pata es rígida y prácticamente no proporciona amortiguación. Si la pierna estuviera colocada en posición vertical (altura máxima de la plataforma), el contacto puntiagudo del pie con el suelo estaría directamente debajo del pivote, por lo que el pivote no se movería en un aterrizaje perfectamente vertical y podría colapsar hacia adentro durante un impacto lateral.
"En la posición completamente desplegada, la pata es rígida y prácticamente no proporciona amortiguación", solo si considera que los materiales son rígidos o perfectamente elásticos. Estas patas están inclinadas hacia afuera y la construcción proporciona la flexibilidad suficiente para que funcionen. Por supuesto, esto no está cuidadosamente diseñado para funcionar, simplemente sucede como consecuencia natural de los materiales baratos y el diseño descuidado. Pero estas piernas aún pueden soportar miles de aterrizajes bruscos sin problemas, y solo piense cuánto mejor se puede hacer con una ingeniería cuidadosa y materiales de calidad.
@SF Estoy de acuerdo con usted en que el amortiguador se ejercita muy poco a menos que la batería del helicóptero se descargue más rápido de lo que el helicóptero puede aterrizar bajo el control autónomo estándar, lo que resulta en una velocidad de descenso más rápida de lo deseado. Supongo que la programación nominal está diseñada para proporcionar un aterrizaje MUY suave. ¡Usted plantea un buen punto! ¿Sobre qué tipo de superficies aterriza Ingenuity? ¿Duna de arena, polvo fino sobre roca, roca desnuda, prado cubierto de hierba? ;-)
@BradV Superficies arenosas casi universalmente planas. Es difícil determinar la profundidad de la arena, pero hay al menos un par de centímetros en todos los sitios de aterrizaje (algunos pueden tener mucho más, de nuevo, no lo sabemos). En un momento la arena estaba tan blanda una de las patas hundida unos 4 centímetros, la pata "bola" completamente enterrada, esto requirió un arranque muy brusco para no permitir que el helicóptero volcara, en casos normales las patas salen unos 2cm de profundidad guiones
Además, la batería siempre tenía una buena reserva de energía, siendo el factor limitante de la duración del vuelo la disipación de energía: el motor se calentaba.

Respuestas (1)

Permítanme comenzar diciendo que no tengo una respuesta.

¡Gracias BrendanLuke15 por vincular a la imagen de detalle de la rodilla!

Si bien la pregunta es más "diseño/ingeniería" que "exploración espacial"... ¡sigue siendo muy divertido de considerar!

Usé un aluminio de la serie 1000 en un diseño hace unos 30 años. No recuerdo la aleación específica, pero la seleccioné porque era casi muerta. Este amortiguador de aleación 1100 tiene propiedades muy similares. No es tratable térmicamente, ni se desearían propiedades superiores.

Sospecho que Camille Goudeseune reconoce que Ingenuity no se verá significativamente comprometida si los amortiguadores se rompen, pero mi preocupación sería el rebote desigual cuando algunos amortiguadores se rompen y otros no.

Los amortiguadores no son elementos de soporte de carga y las patas seguirán aguantando Ingenuity cuando se rompan los amortiguadores.

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