Mars Science Helicopter (MSH)

Der Mars Science Helicopter (MSH) ist der nächste Evolutionsschritt für Mars-Drehflügler am JPL.
Das Hauptaugenmerk liegt auf der Entwicklung der Technologie, die erforderlich ist, um wissenschaftliche Nutzlasten (0,5 kg - 2 kg) auf Drehflüglerplattformen auf der Marsoberfläche zu platzieren. MSH wird viele der Technologien übernehmen, die vom Mars Helicopter Technology Demonstrator (MHTD) Ingenuity für Mars 2020/ Rover Perseverance  entwickelt wurden, und die Fähigkeiten erweitern, um eine neue Klasse von mesoskaligen planetaren Zugängen auf dem Mars zu ermöglichen.

Die Entwicklung und der Nachweis, wie wissenschaftliche Nutzlasten auf einem dynamischen und rechnerisch repräsentativen Hubschrauber abgesetzt, geborgen, integriert und betrieben werden können, wird für die Erweiterung einer neuen Grenze für die wissenschaftliche Erforschung des Mars entscheidend sein.

Zu den Schwerpunkten gehören:

= Drehflügler-Konfigurationen, die wissenschaftliche Nutzlasten tragen und ausbringen können.

= Vorhersage technologischer Fortschritte in der Avionik, bei Batterien, Energiesystemen und Navigationsalgorithmen.

= Ein erdgebundener Demonstrationsprüfstand zur Evaluierung der Avionik und der Nutzlastintegration zusammen mit MHTD, FSW, C&DH und einer eventuellen autonomen wissenschaftlichen Missionsdurchführung.

Ein 31 kg schwerer Hexacopter, der in eine Aeroshell von 2,5 m passt, könnte eine 5 kg schwere Nutzlast für 10 Minuten Schwebezeit oder über eine Reichweite von 5 km befördern.

Details

Kredit: JPL Internal Research Program

Eine größere Vision von MSH, die mit einem Neutronenspektrometer, einem Infrarot-Bildgeber und einem Meteorologiepaket ausgestattet ist, könnte hochauflösende Daten über ein sehr großes Gebiet liefern.

Quelle:
https://www-robotics.jpl.nasa.gov/tasks/showTask.cfm?FuseAction=showTask&TaskID=353&tdaID=700145
https://mepag.jpl.nasa.gov/reports/decadal2023-2032/MSH_whitepaper_draft_final%20copy.pdf
https://rotorcraft.arc.nasa.gov/Publications/files/MSH_WJohnson_TM2020rev.pdf

***

Der Mars Helicopter Technology Demonstrator (MHTD) Ingenuity.

Er wurde für die Mars 2020-Mission unter dem Rover Perseverance auf den Mars gebracht.

Details

https://forum.raumfahrer.net/index.php?action=media;sa=item;in=61238

Details

https://forum.raumfahrer.net/index.php?action=media;sa=item;in=61247

Ingenuitys erstes Schwarz-Weiß-Bild aus der Luft.

Details

https://forum.raumfahrer.net/index.php?action=media;sa=item;in=61246

Da die Entwicklung auf den Helikopter Ingenuity aufbaut, habe ich für die Zukunft diese Bilder dazu reingenommen.

Später werde ich diesen Beitrag erweitern. erledigt.
Nachtrag,das Bild hinzugefügt.

Beste Grüße Gertrud

Noch ein aufschlußreicher Artikel dazu:

http://spectrum.ieee.org/the-next-mars-helicopter

Danach wurde schon 3 Jahre vor dem Start von Ingenuity begonnen Nachfolger zu entwickeln.
Es wird sowohl an kleinere gedacht, die "Scout-Funktionen" übernehmen würden, wie erheblich grössere, die u.a. selbstständig Bodenproben von für Rover und Astronauten unzugänglichen Stellen entnehmen könnten (machbar mit einem etwa 5 kg schweren Heli)
Der augenblickliche Favorit ist allerding der 31 kg schwere Hexacopter mit 5 kg Nutzlast, Höchstgeschwindigkeit von 30 m/s, einer Flugdauer von 10 min und einer Reichweite von bis zu 10 km.
Dieser wäre zwar viel komplexer, könnte aber u.U. einen Ausfall von bis zu 2 Rotoren kompensieren.

Stellt sich mittlerweile ja für zukünftige Missionen durchaus die Frage ob man nicht allgemein mit einem Heli viel besser erkunden kann als mit einem Rover.

Das müsste dann aber ein riesiger Heli sein, wenn wer gleichwertige Untersuchungen machen soll. Ein Rover kann momentan viel mehr wissenschaftliche Nutzlast tragen und zB auch zentimetergenau an einen Felsen heran fahren. Das klappt mit einem Heli nicht.

Ich denke eher, dass sich beide Formen der Erkundung in Zukunft gut ergänzen werden.

Stellt sich mittlerweile ja für zukünftige Missionen durchaus die Frage ob man nicht allgemein mit einem Heli viel besser erkunden kann als mit einem Rover.

Im Prinzip ja.

Ich frage mich nur gerade, was für einen Rotor ein Helikopter vom Curi/Persy-Kaliber wohl brauchen würde und wieviel Abstand er dann beim Landen von etwas größeren Bodenfeatures halten müsste, damit der große Rotor damit nicht kollidiert. Ein einfaches Fahrwerk würde er wohl trotzdem noch brauchen.

"Fliegender Rover" das erinnert mich irgendwie an Perry Rhodan! 
Jetzt fehlt nur noch der "Antischwerkraft-Antrieb" und dann können wir auch auf die blöden Rotoren verzichten. 

Der Helikopter ist ein Funktionsdemonstrator. Er wurde zu dem Zweck gebaut, zu demonstrieren, dass man auf dem Mars fliegen kann.
Man sollte somit davon ausgehen, dass die Konstrukteure versucht haben, "auf Nummer Sicher" gegangen sind beim bauen, der Heli also gute Reserven hat.
Genau so gut sollte man aber auch davon ausgehen, dass man mit dem ersten Heli auf dem Mars auch neue Grenzen erlebt. Es könnte also jederzeit passieren, dass eine dieser Grenzen einen Flug erschwert.

Das müsste dann aber ein riesiger Heli sein, wenn wer gleichwertige Untersuchungen machen soll. Ein Rover kann momentan viel mehr wissenschaftliche Nutzlast tragen und zB auch zentimetergenau an einen Felsen heran fahren. Das klappt mit einem Heli nicht.

Ich denke eher, dass sich beide Formen der Erkundung in Zukunft gut ergänzen werden.

Nur verbringen die bisherigen Rover doch den Großteil ihrer Zeit gar nicht mit den Instrumenten, sondern mit fahren, weil es so komplex ist Sie von a nach b fahren zu lassen. (Und so viel schief gehen kann)

Vielleicht dann eher mehrere Helis? Oder weniger Funktionen, dafür die Möglichkeit diese öfter einzusetzen? Müsste man mal ausrechnen wie viel so ein Heli auf dem Mars praktisch tragen könnte (Mehr geht immer, aber allzu gigantische Ausmaße wären ja eher unrealistisch)

Sowohl der Rover, wie der Heli haben ihre Vor- und Nachteile, aber beide ergänzen sich doch großartig.
So wie sie bereits jetzt recht gut zusammenarbeiten, wird es sicher, und noch verstärkt, auch in Zukunft sein.
Ich sehe da relativ kleine "Spähhelikopter" die eng mit einem Rover zusammenarbeiten, und dann die grösseren, die ihr eigenes Ding machen.
Jedenfalls ist die nächste, leistungsfähigere Generation bereits in Arbeit.
Interessant ist in diesem Zusammenhang aber auch, ob zukünftige "Rover" überhaupt noch Räder haben werden, oder ob vielleicht Beine nicht die bessere und schnellere Lösung wären.


Wir haben dafür hier auch eigene threads!:

"Mars Science Helicopter (MSH)"
und
"Zukünftige Mars Erforschung"

unter "Konzepte und Perspektiven: Raumfahrt"

Zitat von: Therodon am 06. Dezember 2021, 07:57:59

Stellt sich mittlerweile ja für zukünftige Missionen durchaus die Frage ob man nicht allgemein mit einem Heli viel besser erkunden kann als mit einem Rover.

Im Prinzip ja.

Ich frage mich nur gerade, was für einen Rotor ein Helikopter vom Curi/Persy-Kaliber wohl brauchen würde und wieviel Abstand er dann beim Landen von etwas größeren Bodenfeatures halten müsste, damit der große Rotor damit nicht kollidiert. Ein einfaches Fahrwerk würde er wohl trotzdem noch brauchen.

Hallo Zusammen,

die Forschung ist schon weiter,
hier ein Zitat aus meinem Beitrag vom 15. August 2021, 14:38:19 »

Ein 31 kg schwerer Hexacopter, der in eine Aeroshell von 2,5 m passt, könnte eine 5 kg schwere Nutzlast für 10 Minuten Schwebezeit oder über eine Reichweite von 5 km befördern.

Details

Kredit: JPL Internal Research Program

Eine größere Vision von MSH, die mit einem Neutronenspektrometer, einem Infrarot-Bildgeber und einem Meteorologiepaket ausgestattet ist, könnte hochauflösende Daten über ein sehr großes Gebiet liefern.

hervorhebunng von mir.
Quelle:
Mars Science Helicopter (MSH)

Beste Grüße Gertrud

Ich sehe da relativ kleine "Spähhelikopter" die eng mit einem Rover zusammenarbeiten, und dann die grösseren, die ihr eigenes Ding machen.

Ich finde es interessant, über solche großen Helis mal nachzudenken, ohne zu wissen, was die NASA evtl. schon weiß und plant . Sind die überhaupt machbar oder gibt es eine sinnvolle Obergrenze, gerade auf dem Mars mit seiner dünnen Atmosphäre?

Über die ganz flachen Ebenen aus den Zeiten von Oppy & Spirit ist die NASA wohl hinaus, also gilt es immer das Problem von Hindernissen in der Landezone oder gar engen Landezonen, z.B. an Berghängen, zu bedenken. Der Heli muss in gebührendem Sicherheitsabstand davon landen, sonst crasht er sich den Rotor.

Wenn dieser Heli dann nicht nur Fernerkundung machen soll: Wie kommt man mit den Instrumenten an interessante Stellen heran, die nahe an den besagten Hindernissen liegen? Kommt man vielleicht mit starren Landebeinen aus, indem man dem Heli einen ungewöhnlich langen, leichten Instrumentenarm von (z.B.) doppeltem Rotor-Radius spendiert, vielleicht in Teleskoptechnik?

Oder erhält er ein eigenes Fahrwerk? Das könnte ja stark vereinfacht sein gegenüber den derzeitigen Hightechlösungen, mit nur 4 Rädern und diese nicht sonderlich dauerfest, da er nicht viel zu fahren hätte. Wheelwalking bräuchte es auch nicht, da Sandfallen diesem Helirover nichts anhaben könnten.

Andererseits: Wie viele Flüge pro Monat könnte sich ein mehrere hundert Kilo massiges Gerät auf dem Mars überhaupt leisten? Wie lange muss ein RTG einen Akku laden, um 100 Meter zu fliegen, und wie schwer wird dann wiederum dieser Akku?

Viele interessante Fragen von Terminus…
Ganz grob zum RTG: das dürfte sehr schwer werden, weil es ja mit radioaktiven Schwerstmetallen betrieben wird.
Bin gespannt, wie das event. umgesetzt wird…

Eine "sinnvolle Obergrenze" gibt es wohl immer.
Oberste Premisse beim Bau eines Mars-Fluggerätes ist sicher das Gewicht bzw. die Gewichtseinsparung.
Das Ding muß so leicht wie nur irgendmöglich sein.
So könnte ich mir durchaus vorstellen, daß die Energieerzeugung mal ausgelagert wird. Soll heißen es gibt ein Begleitfahrzeug an dem aufgetankt wird. Dies würde sich speziell lohnen, wenn gleich mehrere Helis zum Einsatz kämen.
Ein anderer wichtiger Punkt ist die Energiespeicherung. Akkus sind schwer. Da wird, auch für den Einsatz auf der Erde, heftig dran geforscht und da hoffe ich auf einen Durchbruch.
Jetzt, wo man weiß, daß es funktioniert, wird sicher an vielen Stellen intensiv geforscht und wir werden wohl in kürze einige neue Konzepte zu sehen bekommen.

Man könnte auch überlegen, eine nur-flugfähige Heli-"Plattform" ohne Instrumente zu bauen, die dann einen oder mehrere nur-fahrfähige (bzw. gehfähige?) mittelgroße Kurzstreckenrover mit Instrumenten ausklinken und wieder aufnehmen kann. Wenn mehrere Rover, könnten diese vielleicht unterschiedliche Instrumentensets haben, um Gewicht zu sparen.

Dagegen spricht, dass die zusätzliche Mechanik zum Ein- und Aussetzen der Rover wiederum extra Komplexität, Kosten und v.a. Masse nach sich zieht. Zudem würden mehrere gleichzeitig zu kommandierende Rover auch ein größeres Bodenteam erfordern (unterstützt durch gute KI), und auch das würde den Preis nach oben treiben.

Am vernünftigsten wäre m.E. ein weiterhin nur-fahrfähiger Rover mit einem oder mehreren unterstützenden, nur-flugfähigen kleinen Helis, die zwar landen könnten und Nahuntersuchungen direkt an einem Objekt machen könnten, wenn es innerhalb der Reichweite des Landeplatzes liegt. Aber wenn nicht, könnte so ein Heli nicht näher ranfahren, sondern müsste sich auf Fernerkundung, also Bilder/Chemcam/Spektrometrie beschränken.

Am vernünftigsten wäre m.E. ein weiterhin nur-fahrfähiger Rover mit einem oder mehreren unterstützenden, nur-flugfähigen kleinen Helis, die zwar landen könnten und Nahuntersuchungen direkt an einem Objekt machen könnten, wenn es innerhalb der Reichweite des Landeplatzes liegt. Aber wenn nicht, könnte so ein Heli nicht näher ranfahren, sondern müsste sich auf Fernerkundung, also Bilder/Chemcam/Spektrometrie beschränken.

Ich denke auch, dass es so kommen wird.

Ein Rotor wird mit zunehmendem Durchmesser immer effizienter, Multicopter kommen vom der Leistungseffizienz nicht an einen Hubschrauber heran, weil die vergleichsweise kleinen Propeller nicht den Wirkungsgrad eines großen Rotors haben.

Nun hat Ingenuity einen "Mega" - Rotor, das Ding besteht ja praktisch nur aus Rotor - bei extrem geringen Gewicht. So was weiter rauf zu skalieren halte ich für extrem schwierig. Ein Multikopter Design hat zudem einen gewissen "Gewichts- Overhead" schon allein aufgrund der notwenigen mechanischen Verbindung zwischen den Propellern, den hat Ingenuity nicht.

Meiner Meinung nach wird man einen verbesserten, evtl. etwas nach oben skalierten Ingenuity für Erkundung, Wegführung, unwegsames Gelänge usw. bauen, alle anderen Arbeiten (Bohren, Probenentnahme, Analyse von Bodenproben usw) wird man auch in Zukunft am Boden (Rover, Lander, Station) machen müssen.

Muß ja nicht unbedingt auch wie ein Heli oder eine übliche Drone aussehen!

Hier z.B. MAGGIE, erinnert eher an ein Flugzeug mit 4 Flügeln, auf welchen die Solarzellen sitzen und 18 Motoren.
Es soll mit einer Batterieladung 179 km zurücklegen, in 1.000 m höhe bis zu 210 km/h schnell fliegen und in einem Marsjahr (= 2 Erdjahre) über 16.000 km zurücklegen können.

https://www.space.com/mars-flying-plane-water-atmosphere-search

https://www.space.com/life-after-ingenuity-how-scientists-hope-to-fly-on-mars-again