Perseverance è su Marte

[xyz]

C'e` un disegno meccanico da qualche parte?

La NASA ha rilasciato i modelli 3D di Ingenuity e Perseverance nel formato usato dal software open source 3D Blender:

https://github.com/nasa/NASA-3D-Resourc ... ty%20thumb
https://github.com/nasa/NASA-3D-Resourc ... erance-GLB

Rotore

[WALTERmwp]

In attesa dell'esito del prossimo volo, può essere interessante scoprire qualcosa sulle tecnolgie scelte e utilizzate per la realizzazione di Ingenuity.
Per questo ho trovato utile la pubblicazione di J. (Bob) Balaram(Chief Engineer, Mars Helicopter Project - JPL-NASA).

La struttura di Ingenuity è assemblata intorno ad un singolo pezzo tubolare(quindi cavo) all'interno del quale passano tutti i fili che collegano tra loro le componenti elettroniche e meccaniche mentre le schede(Avionics Boards) montate formano i lati del cubo posizionato nella parte inferiore, all'interno del quale trovano alloggio anche le batterie

detailAvionic.jpg (57.19 KiB) Osservato 8269 volte

Per quanto riguarda la meccanica di volo, nella riproduzione successiva si distinguono(etichettate) le componenti del rotore, simile a quello degli elicotteri da trasporto mentre i motori, impiegati per la rotazione e inclinazione delle pale, sono elettrici.

Diversi sono i componenti elettronici ai quali hanno affidato la gestione del velivolo.
Per il processore di riferimento hanno guardato tra l'hardware dei dispositivi mobili e scelto il processore Qualcomm Snapdragon 801, architettura Arm(il link).
Un Quad-core a 2.26 GHz con 2 GB di RAM, 32 GB Flash memory, UART, SPI e degli I/O(GPIO), area di memoria per gestione immagini e tante altre caratteristiche che la documentazione tecnica può svelare.
Il software(firmware) a bordo dello Snapdragon, sviluppato nell'ambito del sistema operativo Linux
(vedere: Canham, T., F’ Software Framework https://github.com/nasa/fprime, JPL, 2017), svolge diverse funzioni che comprendono anche l'algoritmo di navigazione visiva, al quale abbiamo accennato in [ 39 ] per il problema incontrato nel sesto volo.

Lo Snapdragon comunica via seriale con altri due microcontrollori dedicati al controllo del volo(FC) vero e proprio.
Si tratta di due TMS570LC43x(il TechnicalReferenceManual), processori ad alta affidabilità impiegati in ambio automotive: lavorano at 300 MHz con 512 K RAM, 4 MB flash memory, UART, SPI e GPIO.
Sono stati integrati come MCU ridondanti infatti entrambi acquisiscono gli stessi dati, elaborano nel medesimo modo le informazioni per garantire il controllo di volo ma solo uno di fatto regola i motori, mentre l'altro è pronto ad intervenire in caso di fault: una sorta di back-up caldo.
Interagiscono con la FPGA MicroSemi’s ProASIC3L(il link) che si fa carico della gestione di tutte le criticità dei sensori, degli attuatori, quindi interpreta gli eventuali errori delle MCU con l'onere di gestire la loro commutazione a caldo(se si nota sono sulla stessa scheda FFB).

A livello di strumentazione è presente una IMU Bosch BMI160(il link), un sensore di inclinazione Murata SCA100T-D02(il link) e un altimetro a laser Garmin LIDAR Lite v3(il link).
La telecamera di navigazione, quella in bianco e nero che acquisisce le immagini per la navigazione, è realizzata con un sensore ad otturatore globale Omnivision OV7251(il link).

Completa la dotazione il necessario alla comunicazione radio con il rover Perseverance.
La trasmissione si basa su protocolli Zigbee a bassa potenza e utilizza il chipset SiFlex 02 da 914 MHz(un brochure); ovviamente questo hardware è presente su entrambi(rover e velivolo).
La trasmissione dati avviene a 250 kbit/s, garantita almeno sino alla distanza di 1 km.
L'antenna è unipolare e come si nota dalle immagini è collocata sul pannello solare, pensato anche come piano di terra più grande per comunicare in modo uniforme in tutte le direzioni.
Infatti, sia al suolo che in volo, Ingenuity potrebbe trovarsi orientato in qualsiasi direzione rispetto al punto in cui si trova Perseverance.

Pur trattandosi di componentistica COTS, ovvero disponibile sul mercato commerciale, la selezione è stata fatta cercando caratteristiche tipicamente presenti in produzioni di livello militare, automobilistico o industriale con l'intervallo di temperatura di esercizio garantito almeno tra -40 C e +85 C.

Tutta l'avionica è di fatto distribuita su cinque schede, come qui rappresentato

Intanto, chi vuole approfondire può leggere direttamente la pubblicazione, così da scoprire anche eventuali miei errori e porvi rimedio, altrimenti al prossimo post.

Saluti

[WALTERmwp]

Una curiosità, in particolare per setteali.
Siccome avevamo scritto qui a proposito del DSN, a questo link è possibile osservare l'attività che mette in relazione le antenne terrestri con le sonde spaziali orbitanti.
E' richiamata dalla pagina principale, che è questa.

Saluti

p.s.
ricordiamo gli orbiter di Marte:
- MRO(Mars Reconnaissance Orbiter), NASA
- MAVEN(Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN), NASA
- Mars Odyssey, NASA
- Mars Express, ESA
- TGO(Trace Gas Orbiter), ESA

[WALTERmwp]

Oggi da Madrid, l'antenna 54, attiva in trasmissione e ricezione, ha come obiettivi Mars Odyssey(indicata come M01O), MRO, MAVEN e TGO:

Tutto quel traffico molto probabile interessi anche gli altri rover marziani, oltre a Perseverance insieme a Ingenuity.

Una piccola digressione, considerato se ne sente trattare poco: questa notte acquisivano da Voyager1.
Sappiamo che la sonda è in viaggio dal 1977, nell'agosto del 2012 ha varcato i limiti del sistema solare per continuare nello spazio interstellare, seguita dalla "sorella" Voyager2.
Tra le sonde operative Voyager1 è la più longeva e lontana dalla Terra, di primati ne detiene non pochi.
Davvero è suggestivo riflettere sul fatto che, malgrado l'ostilità ambientale, ancora comunichi inviando informazioni e risponda ai comandi.
Nel 2017, la necessità di ri-orientarla è stata soddisfatta riaccendendo i suoi propulsori ma, allora, non avevano alcuna certezza che la manovra avrebbe avuto l'esito sperato.

Si può vedere dove ora si trova a questo link e volendo, tornare a documentarsi, per esempio leggendone qui.

Saluti

[xyz]

Perseverance fatto con i LEGO in scala 1:2

http://www.brickvision.it/archives/1728

[WALTERmwp]

E' giunto il momento per il nono volo.
L'intenzione è di portare Ingenuity più a sud sorvolando in linea retta una superficie difficile se non impossibile da praticare per il rover.

Col compimento di questo programma verrebbero surclassate le precedenti prestazioni in tempo, distanza, quota e velocità.
Si tratta di percorrere in circa 167 secondi una distanza di 625 metri a una velocità massima di 5 metri al secondo utilizzando proprio l'algoritmo di navigazione, messo dunque alla prova in condizioni molto particolari.

Sviluppato per interpretare le informazioni relative a un terreno pianeggiante, dovrebbe invece elaborare quelle di una superficie con variazioni e pendenze signficative.
Ma lo scopo è proprio quello di provare e sondare i limiti dell'operatività, dal momento in cui è stato ormai dimostrato che l'elicotterino è capace di volare.

Problemi nella leggibilità delle immagini ci sono già stati ma, sappiamo, indotti principalmente da una frammentazione della sequenza: perdita fotogramma e timestamp non coerenti.
Comunque mettono in conto che l'output dell'algoritmo potrebbe far deviare dalla linea ideale per una "indecisione" nella interpretazione delle immagini.

La quota impostata gli dovrebbe garantire la distanza di sicurezza dalle asperità e i possibili errori verranno contenuti riducendo la velocità in corrispondenza delle zone più tortuose.
Si sa che queste ci sono perché identificate con la preventiva osservazione delle immagini del suolo fornite dall'orbiter MRO grazie alla telecamera HiRISE.

La deviazione rispetto alla linea di volo ideale potrebbe portare Ingenuity in un punto sfavorevole alla discesa ma un'area di destinazione sufficientemente ampia e sgombra da ostacoli scongiurerebbe un infortunio.
A quel punto anche la comunicazione tra Ingenuity e Perseverance sarà suscettibile d'ulteriori considerazioni perché tra i due si perderà la visibilità in linea d'aria.
I condizionali sono diversi perché altrettante le incognite.

La domanda legittima allora sarebbe: "vabbé, ma chi ve lo fa fare?".
Il team confida nella robustezza sin'ora dimostrata dall'elicotterino e ritengono la pianificazione una coerente proiezione rispetto a tutti gli obiettivi sin'ora raggiunti: insomma "questo volo ora s'ha da fare!", osando più di quanto hanno già osato.
La pianificazione dava il benestare all'avvio del programma già a partire dalla notte di domenica ma i risultati, come già annunciato, verranno raccolti solo nei giorni successivi.
Alla prossima !

Saluti

[gianniniivo]

Beh, un po' alla volta si prende confidenza.
Grazie Walter, per l'impegno.

[WALTERmwp]

Prego @gianniniivo, grazie a te.

Saluti

[WALTERmwp]

E' andata.
Ingenuity, ch'è desto da molti sol, ha tramutato in azione il programma trasmessogli lunedì notte e la mattina stessa del 5 luglio il JPL ha ricevuto i primi dati dell'operazione.
Il volo, che ha coperto una distanza di ben 625 metri è terminato dopo 166 secondi.

La prestazione è stata notevole ma quel che la rende per quanto possibile più importante sono le immagini e quindi le informazioni che il velivolo ha incorporato; sulla scorta dell'analisi dei fotogrammi decideranno dove Perseverance si dovrà recare per eseguire gli esperimenti scientifici, impegno che comunque non verrà preso nell'immediato.
Perché questa sarebbe la funzione principale richiesta ad un mezzo in grado di volare: perlustrare e "acquisire obiettibi" a favore del rover che disporrebbe delle coordinate per raggiungere i luoghi di interesse, risparmiandosi l'impegno e quindi gli spostamenti per le ricerche.

Tornando alla dinamica del volo è interessante ricordare che sin'ora avevano osservato cautela evitando il passaggio di crateri.
Questa volta pare che uno l'abbiano "preso in pieno" seguendo forse i rilievi dei declivi.
Sono incerto perché non ho compreso se hanno deciso di viaggiare ignorando, per quanto possibile, il segnale dell'altimetro; per questo sarebbe utile disporre del grafico delle quote.
Certamente non hanno confidato sull'osservazione delle immagini in quanto l'algoritmo le considera sempre come la riproduzione d'un terreno piano.
Ma questo che sembrerebbe un limite è stata invece una scelta consapevole finalizzata ad alleggerire lo stesso algoritmo di navigazione.
Questo però, come già scritto, porta a compiere degli errori e uno stratagemma per limitarli consta nella riduzione della velocità di spostamento per alcuni tratti; e così hanno fatto impostando parametri differenti in funzione della posizione presunta raggiunta in fase di volo.
La definizione di questi numeri non deriva da un approccio empirico ma dall'esito restituito da test eseguiti con strumenti di simulazione d'un volo reale.

Comunque, consapevoli della pericolosa deviazione alla quale porterebbe una sommatoria d'errori hanno rivisto parametri sui quali non erano mai intervenuti; si sono inoltre cautelati individuando come aereoporto di destinazione un area dal raggio di 50 metri.
E infatti Ingenuity è sceso a circa 47 metri dal centro.

In questa immagine è indicato con un pochino di approssimazione il punto nel quale sarebbe sceso l'elicotterino:

(sarebbe interessante una immagine della zona da parte di MRO).

Questi giorni saranno dedicati, oltre ad una prima interpretazione dei dati di volo, all'acquisizione delle immagini a colori(ricordiamo che per la navigazione utilizza quella in binaco e nero) per la gioia dei geologi che così potranno "guardare" da vicino gli affioramenti della pavimentazione del cratere Jezero.

Questo è quanto riportano al momento, penso che in seguito ci ragguaglieranno, certamente con delle immagini che raffigurano ... dei sassi.
Ma, volete mettere, son sassi marziani !
(il link).

Saluti

p.s.
in precedenza ho omesso la nota sull'ottavo volo, porrò rimedio.

[xyz]

Con Google cercate "ingenuity nasa" e poi fate click sull'icona dell'elicottero nel riquadro a destra