Отчёт NASA JPL о проблеме, возникшей во время шестого полёта на Марсе.

Что случилось во время шестого полета Ingenuity

В 91-й сол, Ingenuity совершил свой шестой полет, в котором проверялась возможность увеличения дальности полета и демонстрация возможностей аэрофотосъемки путем получения стереоизображений интересующей области на западе. Ingenuity было приказано подняться на высоту 10 метров, прежде чем переместиться на 150 метров на юго-запад со скоростью 4 метра в секунду. Он должен был переместиться на 15 метров на юг, делая снимки на запад, затем пролететь еще 50 метров на северо-восток и приземлиться.

Телеметрия показывает, что первый 150-метровый отрезок прошел без сучка и задоринки. Но ближе к концу испытания что-то произошло: Ingenuity начал регулировать скорость и колебаться вперед и назад. Такое поведение сохранялось на протяжении всего оставшегося полета. До безопасной посадки бортовые датчики показывали, что аппарат обнаружил отклонения по крену и тангажу более чем на 20 градусов, большие управляющие воздействия и скачки потребления энергии.

Как Ingenuity оценивает движение?

Находясь в воздухе, Ingenuity отслеживает свое движение с помощью бортового инерциального измерительного блока (IMU). IMU измеряет ускорение и скорость вращения. Интегрируя эту информацию с течением времени, можно оценить положение, скорость и ориентацию вертолета (где он находится, с какой скоростью он движется и как ориентирован в пространстве). Бортовая система управления реагирует на предполагаемые движения, быстро изменяя управляющие сигналы (со скоростью 500 раз в секунду). Если бы навигационная система полагалась только на IMU, она не была бы очень точной в долгосрочной перспективе: ошибки быстро накапливались бы, и вертолет в конечном итоге сбился бы с пути. Чтобы поддерживать лучшую точность с течением времени, оценки на основе IMU номинально корректируются на регулярной основе, и именно здесь на помощь приходит навигационная камера Ingenuity.

Большую часть времени в воздухе навигационная камера, направленная вниз, делает 30 снимков марсианской земли в секунду и сразу же подает их в навигационную систему вертолета. Каждый раз, когда появляется изображение, алгоритм навигационной системы выполняет ряд действий: во-первых, он проверяет метку времени, которую получает вместе с изображением, чтобы определить, когда было сделано изображение. Затем алгоритм делает прогноз о том, что камера должна была видеть в этот конкретный момент времени, с точки зрения особенностей поверхности, полученные по предыдущим изображениям, сделанным за несколько мгновений до этого (обычно это цветовые вариации, такие как камни и рябь на песке). Наконец, алгоритм смотрит, где на самом деле эти особенности появляются на изображении. Алгоритм навигации использует разницу между прогнозируемым и фактическим местоположением этих объектов для корректировки оценок положения, скорости и ориентации.

Аномалия полёта

Примерно через 54 секунды полёта произошел сбой в конвейере изображений, передаваемых навигационной камерой. Этот сбой привел к потере одного изображения, но, что более важно, он привел к тому, что все последующие навигационные изображения были доставлены с неточными временными метками. С этого момента каждый раз, когда алгоритм навигации выполнял коррекцию на основе навигационного изображения, он работал на основе неверной информации о том, когда было снято изображение. В результате несоответствия значительно ухудшили информацию, используемую для управления вертолетом, что привело к постоянному «исправлению» оценок для учета фантомных ошибок. Последовали большие колебания.

Несмотря на обнаружение этой аномалии, Ingenuity смог сохранить полет и безопасно приземлиться на поверхности примерно в 5 метрах от предполагаемого места приземления. Одна из причин, по которой это удалось, это значительные усилия, которые были приложены для обеспечения того, чтобы система управления полетом вертолета имела достаточный «запас устойчивости». Мы разработали Ingenuity, чтобы допускать значительные ошибки, не становясь нестабильными, включая ошибки во времени. Этот встроенный запас не был полностью необходим в предыдущих полетах Ingenuity, потому что его поведение соответствовало нашим ожиданиям, но этот запас пришел на помощь в шестом полёте.

Другое решение также помогло Ingenuity безопасно приземлиться. Как я уже писал ранее, мы прекращаем использовать изображения с навигационной камеры на заключительном этапе спуска перед посадкой, чтобы обеспечить плавную и непрерывную оценку движения вертолета на этом критическом этапе. Это решение также окупилось во время шестого полета. Ingenuity игнорировал изображения камеры в последние моменты полета, перестал колебаться, выровнял свое положение и приземлился на заданной скорости.

Итоги

Если посмотреть на картину в целом, шестой полёт завершился тем, что Ingenuity благополучно приземлился, потому что ряд подсистем — система ротора, приводы и система питания — отреагировали на повышенные требования к продолжению полета вертолета. В самом прямом смысле, Ingenuity преодолел ситуацию и выявил временную уязвимость, которую теперь необходимо устранить. Шестой полёт также подтвердил надежность системы во многих отношениях. Хотя мы намеренно не планировали такой напряженный полет, у НАСА теперь есть полетные данные, проверяющие внешние границы диапазона характеристик вертолета. Эти данные будут тщательно проанализированы в будущем, что расширит наши знания о летающих вертолетах на Марсе.

Источник