Dopo il successo dei primi cinque voli, la sesta performance era stata progettata per dimostrare le capacità esplorative del drone e le potenzialità dell'imaging aereo per studiare una regione di interesse a ovest.
Il piano di volo prevedeva di salire ad un'altitudine di 10 metri, traslare verso sud-ovest per 150 metri ad una velocità di 4 metri al secondo, traslare per 50 metri a sud scattando foto, quindi volare per altri 50 metri a nord-est e atterrare in una nuova location. La telemetria ho mostrato che per i primi 150 metri, Ingenuity ha voltato senza problemi ma ha iniziato a modificare la propria velocità e ad inclinarsi avanti e indietro son uno schema oscillante. "Questo comportamento è persistito per tutto il resto del volo", si legge nel comunicato NASA. I sensori di bordo indicano che l'elicottero ha sperimentato rollii e beccheggi di oltre 20 gradi e picchi nel consumo di energia, prima dell'atterraggio.
Il controllo dell'assetto
Ingenuity registra i suoi movimenti con un'unità di misura inerziale (IMU), che tiene traccia delle accelerazioni e delle velocità di rotazione. Monitorando queste informazioni nel tempo, il team può stimare la posizione, la velocità e l'assetto dell'elicottero (dove si trova, quanto velocemente si sta muovendo e come è orientato nello spazio). Il sistema di controllo di bordo, reagisce ai movimenti stimati, regolandosi di conseguenza durante il volo, ad una velocità di 500 volte al secondo. Tuttavia, se il sistema di navigazione facesse affidamento solo sull'IMU, a lungo andare non sarebbe molto preciso: gli errori si accumulerebbero rapidamente e l'elicottero alla fine perderebbe la rotta. Per mantenere una migliore accuratezza nel tempo, le stime basate sull'IMU sono nominalmente corrette su base regolare. Ed è qui che entra in gioco la telecamera di navigazione del drone. Le navcam, rivolte verso il basso, scattano 30 immagini al secondo della superficie marziana e le immette immediatamente nel sistema di navigazione dell'elicottero.
Ogni volta che arriva un'immagine, l'algoritmo del sistema di navigazione esegue una serie di azioni: in primo luogo, esamina il timestamp che riceve insieme alla foto per determinare quando è stata scattata. Quindi, fa una previsione di ciò che la fotocamera avrebbe dovuto vedere in quel particolare momento, sulla base delle cacratteristiche del terreno individuate in immagini precedenti e le confronta con la posizione effettivamente fotografata. Questa discrepanza viene utilizzata per correggere le stime di posizione, velocità e assetto.
Questa sequenza di immagini - scattate il 22 maggio 2021, dalla telecamera di navigazione a bordo dell'elicottero Ingenuity Mars della NASA - mostra gli ultimi 29 secondi del sesto volo. La frequenza dei fotogrammi è di 3,3 fotogrammi al secondo fino a quando Ingenuity non ha iniziato la sua discesa finale, scattando ogni due secondi.
Crediti: NASA/JPL-Caltech
L'anomalia
A circa 54 secondi dall'inizio del volo, si è verificato un problema tecnico nella sequenza di immagini fornite dalla telecamera di navigazione.
Questa anomalia ha causato la perdita di una singola immagine ma, ancora peggio, ha comportato la consegna di tutte le immagini di navigazione successive con timestamp sbagliati. Da questo punto in poi, ogni volta che l'algoritmo di navigazione ha eseguito una correzione basata su un'immagine di navigazione, ha calcolato sulla base di informazioni errate. Le incongruenza hanno fatto volare Ingenuity sulla base di informazioni degradate che il software ha tentato di correggere basandosi su "errori fantasma".
Ingenuity è sopravvissuto
Nonostante il volo complicato, Ingenuity è riuscito ad atterrare in sicurezza sulla superficie di Marte, a 5 metri dalla posizione prevista.
Il merito del successo va all'ampio "margine di stabilità" con cui è stato progettato. "Abbiamo progettato Ingenuity per tollerare errori significativi senza diventare instabile, inclusi errori di tempistica. Questo margine integrato non era completamente necessario nei voli precedenti di Ingenuity, perché il comportamento del veicolo era in linea con le nostre aspettative ma questo margine è venuto in soccorso nel Volo Sei", si legge nella press release. Anche un'altra decisione progettuale ha avuto un ruolo fondamentale per la riuscita di questa complicata performance: il drone non utilizza le immagini della navcam durante la fase di atterraggio. Questa decisione ha dato decisamente i suoi frutti durante questo sesto volo: Ingenuity ha ignorato le foto della telecamera negli ultimi istanti di volo, ha smesso di oscillare, ha livellato il suo assetto ed è atterrato alla velocità progettata.
In un certo senso, però, guardando un quadro più ampio, tutti i sistemi del drone hanno affrontato efficientemente un momento difficile: "Ingenuity ha affrontato la situazione e, sebbene il volo abbia scoperto una vulnerabilità che ora dovrà essere affrontata, ha anche confermato la robustezza del sistema in più modi", dice la NASA.