Warum nicht eine Landeplattform mit Solarzellen auf dem Rover Mars 2020 für den Scout-Helikopter?

Im Mai 2018 wurde der Mars Helicopter Scout (MHS) für die Mission Mars 2020 zugelassen .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Autor: NASA/JPL-Caltec.

Es ist eine solarbetriebene Hubschrauberdrohne mit einer Masse von 1,8 kg und einem koaxialen Rotordurchmesser von 1,2 m.

In dieser kürzlich erschienenen Veröffentlichung über das Design und die Entwicklung des Hubschraubers:

Der Hubschrauber wird von einem Li-Ion-Akkusystem angetrieben, das täglich von einem Solarpanel aufgeladen wird. Die Energie in der Batterie wird für den Betrieb von Heizungen verwendet, um die kalten Marsnächte zu überstehen, sowie für den Betrieb der Helikopter-Aktuatoren und der Avionik während kurzer Flüge von 90 Sekunden bis zu einigen Minuten. Abhängig von der Betriebsbreite und der Marssaison kann das Aufladen dieser Batterie durch das Solarpanel über ein bis mehrere Sols (Marstage) erfolgen.

Das an Bord befindliche Solarpanel hat einen Durchmesser von 544 cm 2 aktiven Zellbereich und ist über den koaxialen Rotoren zentriert.

Es wird geschätzt, dass bei einer verfügbaren Batteriekapazität von etwa 36 Wh der nächtliche Energieverbrauch zum Überleben 21 Wh beträgt und etwa 10 Wh für den Flug verfügbar sind.

Könnten die Dauer und die Frequenz der täglichen Flüge des Helikopters nicht erheblich gesteigert werden, indem man den Akku mit Solarzellen auf einer teleskopierbaren Landeplattform auf dem hinteren Ende des Rovers Mars 2020 auflädt?

Bei einer Plattform von 2 x 2 Metern wäre eine Landung für einen Hubschrauber mit einem koaxialen Rotordurchmesser von 1,2 Metern selbst mit einem einfachen Vorführmodell wie diesem nicht so schwierig.

Mit einer Fläche von 40.000 cm 2 Beispielsweise könnte das Aufladen der Batterie des Hubschraubers auf dieser Plattform problemlos mehr als viermal am Tag erfolgen, während der Scout nachts auf der Plattform bleiben könnte, um sich mit der Bordenergie des Rovers warm zu halten.
Im Gegensatz zu einem eigenständigen Hubschrauber kann der Scout also mit der Plattform die gesamte verfügbare Batteriekapazität für den Flug und auf einmal nutzen.

Darüber hinaus konnten mehrere Flüge in verschiedene Richtungen innerhalb eines Tages durchgeführt werden, was die Erkundungskapazität erheblich beschleunigte.

Und es wird auch von Vorteil sein, viel mehr Energie für den Rover und seine Instrumente zu haben.

Eine Landeplattform mit Solarzellen würde den Hubschrauber auf einen sehr kleinen Bereich beschränken, da er nach jedem Flug zur Plattform zurückkehren muss. Wenn der Bahnsteig einmal verpasst wird, gibt es keine andere Chance.
@Uwe Du hast Recht, also muss der Hubschrauber für den Notfall sein eigenes Solarpanel behalten.
@Uwe Ohne Plattform wäre der Hubschrauber auf einen täglichen Flug von 90 Sek. beschränkt. und einer Flugreichweite von bis zu 300 m., da viel Energie benötigt wird, um es nachts ausreichend warm zu halten. Mit der Plattform kann fast die gesamte Energie der Bordbatterie für den Flug genutzt werden, wodurch die Flugreichweite bis zu 900 m betragen kann. Das wäre kein kleiner Bereich.
Warum nicht eine Blimp-Drohne
@anon Ich weiß nicht, könnte eine gute Frage sein, vielleicht mit einigen interessanten Antworten.

Antworten (1)

Mars Helicopter Scout ist „nur“ eine Demonstrationsmission, die zeigen soll, dass es möglich ist, ein Luftfahrzeug auf dem Mars zu betreiben. Es hat sehr begrenzte Fähigkeiten, wie zum Beispiel das Gesamtgewicht von nur 1,8 kg.

  • Der Helikopter ist nur ein zusätzliches Feature, aber keineswegs ein integraler Bestandteil der Mission. 2 kg Material auf einen Rover mit empfindlichen Messgeräten zu schlagen, ist keine absolut sichere Sache. Daher soll der Helikopter nur in sicherer Entfernung zum Rover operieren.

  • Wenn Sie oben landen, benötigen Sie auch Mittel, um den Hubschrauber zu befestigen. Stellen Sie sich vor, der Rover klettert einen Hang hinauf, der Helikopter rutscht mit leeren Batterien oben herunter und eines seiner Beine bleibt in einem Rad stecken.

  • Es ist wahrscheinlich, dass an Bord keine fortschrittlicheren Sensoren als ein Beschleunigungsmesser und Kameras vorhanden sind. Für eine Präzisionslandung auf einer anderen Struktur wäre viel Echtzeit-Bildverarbeitung und -führung erforderlich.

  • Der Hubschrauber ist so gebaut, dass er keine sanften Landungen durchführt, sondern aus einer effektiven Höhe von bis zu 1,1 Metern (0,3 m plus 2,5 m/s Geschwindigkeit, siehe Mars Helicopter Technology Demonstrator ) abgeworfen werden kann.

  • Die in der bearbeiteten Frage vorgeschlagene Plattform von 4 m² würde das gesamte Projekt erheblich komplizieren. Typische Paneele, die auf Satelliten verwendet werden, wiegen etwa 2 kg pro Quadratmeter, nicht mitgezählt für die zusätzliche Verstärkung, die auf dem Mars benötigt wird, und um den Hubschrauber darauf zu stützen. Hinzu kommt die notwendige Elektronik und Mechanik, um das Panel einzusetzen. Ich würde von einem Gesamtgewicht von mindestens 15 kg ausgehen, 8-mal mehr als das aktuelle Design.

Ich denke, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass eine zukünftige erweiterte Hubschraubermission zum Mars ein Schema wie das von Ihnen vorgeschlagene verwenden wird, aber diese kleine Demonstrationsmission ist einfach zu früh.

Neben der Landung müsste es eine Möglichkeit geben, die Ladung vom Rover abzugeben. Eine mechanische Verbindung müsste sanddicht sein und wahrscheinlich eine Erhöhung der Landepräzision erfordern. Bei drahtloser Stromversorgung besteht die Gefahr, dass die Roversysteme gestört werden. Die Rückkehr zum Rover begrenzt die Reichweite der Drohne auf weniger als die Hälfte ihrer Flugzeit, was ihre Nützlichkeit als Scout für die Rover-Routenplaner erheblich untergräbt.
@JCRM Könnte die drahtlose Energieübertragung nicht ausreichend abgeschirmt sein? Ein eigenständiger Hubschrauber kann nur ein Drittel der Batterieenergie verbrauchen und hat daher eine tägliche Flugzeit, die weniger als die halbe Flugzeit mit der Plattform beträgt. Und diese Flüge könnten problemlos 4 Mal am Tag in mehrere Richtungen vom Rover aus durchgeführt werden!
Vielen Dank für Ihre Antwort. Ich stimme Ihnen zu, dass eine Echtzeit-Bildverarbeitung und -führung erforderlich sein wird, aber natürlich muss der Hubschrauber während der Fahrt nicht auf der Plattform sein, sodass es deswegen nicht zu einem Aufprall auf empfindliche Geräte kommt .
Natürlich ist die Plattform dazu da, die empfindlichen Geräte zu schützen, und mit einer Schwerkraft auf dem Mars, die weniger als halb so hoch ist wie auf der Erde, würde ich sagen, dass "Material zuschlagen" nicht ganz die richtigen Begriffe sind
@Conelisinspace Es entspricht dem Fallenlassen von 2 kg aus 40 cm Höhe auf der Erde auf eine starre Oberfläche. Und das ist nur der Designwert, nicht die Auswirkung im Fehlerfall! Möchte man den Helikopter während der Fahrt mal zur Seite legen, kostet das einiges an Flexibilität (kein Roverfahren bei leerem Akku des Kopters) und die begrenzte Flugstrecke schränkt auch die Fahrtauglichkeit ein.
@asdfex Zur Sicherheit des Rovers wäre es also am besten, sich dem Rover mit dem Scout am hinteren Ende mit der Teleskopplattform zu nähern. Ich gehe davon aus, dass das Aufladen des Akkus 1 Stunde dauert? Dies könnte erfolgen, wenn der Rover die Umgebung untersucht. Und 1 Minute Fliegen bedeutet mindestens 100 m Entfernung, wie würde dies die Fahrfähigkeit einschränken?
@asdfex Warum würden Sie das Gewicht der Plattform mit dem Gewicht des Hubschraubers vergleichen? Wenn Sie mit dem Gesamtgewicht von 15 kg richtig liegen, wäre das nicht viel im Vergleich zu den 1050 kg des Rovers. Und die zusätzliche Sonnenenergie könnte vorteilhaft genutzt werden.
Diese 0,6-m-Zahl passt nicht zu mir. Der Fall aus 0,3 m auf dem Mars beträgt 1,5 m / s. Gefälle aus 0,6 m Höhe beträgt 2,1 m/s. 2,5 m/s + 30 cm würden zu einer Landegeschwindigkeit von 2,91 m/s oder einem Gefälle von 1,14 m führen. Hast du nicht vielleicht die Schwerkraft der Erde angenommen?
@Conelisinspace, es könnte mit dem Rover mehr in einem SOL fliegen, wäre aber darauf beschränkt, weniger als die Hälfte seiner Flugzeit davon entfernt zu sein. So wie es aussieht, kann es so weit wie nötig vorausfahren, bevor es den Rover auf eine Route festlegt.
@JCRM Du hast recht, also sollte es ein eigenes Solarpanel behalten. Aber mit einer Plattform könnte die Batterie des Hubschraubers in einem SOL mehrmals aufgeladen werden, so dass er in dieser Zeit mehrere Flüge in verschiedene Richtungen machen könnte.
@SF. Ich glaube, Sie haben sich eine alte Version angesehen - ich habe das 9 Stunden vor Ihrem Kommentar behoben.
@Conelisinspace Ich vergleiche das Gesamtgewicht dieser Demonstrationsmission. Sie müssten dieses Gewicht von anderen Teilen der primären Mission reduzieren.
Warum nicht eine Landeplattform mit Solarzellen auf dem Rover Mars 2020 für den Scout-Helikopter?
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