Rover Perseverance (Mars 2020) - Entwicklung, Bau, Start und Flug zum Mars

Bis Ende Mai soll voraussichtlich entschieden werden, ob zum Rover nun noch eine Drohne/Hubschrauber als Technologiedemonstration hinzugefügt wird oder nicht. Die Operationsdauer wäre auf 30 Tage begrenzt und ja, wie Kritiker sagen, würde das anfangs von der wissenschaftlichen Arbeit des Rovers ablenken, wäre aber unglaublich cool...   
http://spacenews.com/decision-expected-soon-on-adding-helicopter-to-mars-2020/

Ich konnte allerdings nicht rauslesen ob die 30 Tage eine festgelegte maximale Missionsdauer ist oder eine erwartete Missionslebendauer (die bei Opportunity bei 90 Tagen lag )

Außerdem verstehe ich nicht warum so ein mitgeführter Helikopter (wesentlichen) Fokus von der Wissenschaft der Mission nehmen würde. Die Drohne soll doch gerade sehr autonom funktionieren und sollte nicht besonders viel Aufmerksamkeit von der eigentlichen Mission abziehen..

Auf der Erde können Helis nicht sehr hoch fliegen, weil die Luftdichte mit zunehmender höhe abnimmt. Z.B. kann man nicht mit dem Heli auf den Mount Everest fliegen.
Jetzt ist die zwar die Anziehungskraft auf dem Mars etwas geringer, aber die Dichte entspricht einer Flughöhe von 35.000km auf der Erde.
Wäre hier ein Starrflügler nicht besser für den Mars geeignet?

...Wäre hier ein Starrflügler nicht besser für den Mars geeignet?

Starrflügler müssen genauso für die geringe Dichte der Atmosphäre ausgelegt sein. Nur haben sie ein weiteres Problem, sie brauchen zum Fliegen eine gewisse Geschwindigkeit über Grund! Die Landung ist ein ziemlich komplexer Vorgang. Die Fluggeschwindigkeit muß dicht über dem Boden immer weiter verringert werden, indem die Antriebsleistung gegen Null geregelt und gleichzeitig dazu der Anstellwinkel solange immer weiter erhöht wird, bis der Auftrieb zusammenbricht und das Fluggerät ausrollen kann. Das setzt eine relativ große ebene Fläche voraus. Ein Hubschrauber kann dagegen den Auftrieb unabhängig von der Geschwindigkeit über Grund regeln, das macht Start und Landung auf unebenem Gelände wesentlich einfacher.

Einige Antworten stehen im Beitrag #163.

Ich konnte allerdings nicht rauslesen ob die 30 Tage eine festgelegte maximale Missionsdauer ist oder eine erwartete Missionslebendauer (die bei Opportunity bei 90 Tagen lag )

Die Drohe ist für 30 Sols "designed", könnte also nach meiner Lesart,  z.B. je nach Jahreszeit, auch länger funktionieren. Bis zu 5 Flüge (bis 300 m  und 3 bis 10 m über den Boden) werden "erwartet". Manchmal werden Erwartungen ja auch übertroffen... 

The technology demonstrator is designed to be operated over a period of 30 sols. After deployment, the fully self-contained helicopter must survive temperature conditions dropping to -100 C at night or lower. It would nominally undertake daily (depending on solar energy and thermal status) autonomous flights at approximately 11 am local time, with each flight lasting upto 90 sec with flight ranges of upto 300 m at altitudes ranging from 3 m to 10 m above the ground. Up-to five technology experiment flights are anticipated during the 30 sol helicopter mission window.

https://rotorcraft.arc.nasa.gov/Publications/files/Balaram_AIAA2018_0023.pdf

Einige Antworten stehen im Beitrag #163.

 
Im von mir oben verlinktem pdf steht aber zumindest teilweise etwas anderes.

Zum Thema Starrflügler gibt es allein im folgenden Wiki-artikel 10+ Projekte.
Aber das sollten wir ab dieser Stelle vielleicht nicht vertiefen.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Mars_aircraft

Auf der Erde können Helis nicht sehr hoch fliegen, weil die Luftdichte mit zunehmender höhe abnimmt. Z.B. kann man nicht mit dem Heli auf den Mount Everest fliegen.

Das ist so nicht wahr

https://www.youtube.com/watch?v=WXNXSvnCtKA

Rekord liegt bei 12440 Metern.

https://en.wikipedia.org/wiki/Flight_altitude_record#Rotorcraft

Bridenstine hat auf Twitter den Mars-Heli bestätigt. Wie geil...
https://twitter.com/JimBridenstine/status/995036294291083264

Cooles Promovideo...

https://www.youtube.com/watch?v=oOMQOqKRWjU

...und für Leute, die lieber lesen, ein Feature zum Mars-Heli... 

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7121

Bridenstine hat auf Twitter den Mars-Heli bestätigt. Wie geil...
https://twitter.com/JimBridenstine/status/995036294291083264

Super Entscheidung!   

Im Thread tauchte ja schon die Frage auf, was nach der vorgesehenen Missionsdauer von 30 Tagen mit dem Heli geschehen soll. Die "New York Times" schreibt dazu, dass der Heli nach 30 Tagen einfach zurückgelassen wird und der Rover allein weiter fährt... 

After the 30 days of testing are over, the helicopter will be left behind, and the rover will move on.

https://www.nytimes.com/2018/05/11/science/mars-helicopter-nasa.html

Funktionslos mitschleppen wäre ja auch sinnlos und energieverschwendend.

Das mit den 30 Tagen ist nicht nachvollziehbar. Der Heli kann doch dem Rover hinterherfliegen.

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"The altitude record for a helicopter flying here on Earth is about 40,000 feet. The atmosphere of Mars is only one percent that of Earth, so when our helicopter is on the Martian surface, it's already at the Earth equivalent of 100,000 feet up," said Mimi Aung, Mars Helicopter project manager at JPL. "To make it fly at that low atmospheric density, we had to scrutinize everything, make it as light as possible while being as strong and as powerful as it can possibly be."

https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7121

Dieser Text vom JPL ist inkorrekt. Zwar ist der Luftdruck in 100.000 Fuß 0.011 bar aber die Gravitation auf dem Mars ist nur ca. 1/3 der Gravitation der Erde. Das Äquivalent ist also eher bei 75000 Fuß, das sind 23 km Höhe.

Damit ist es 3 mal leichter als im Artikel beschrieben.

Namensvorschlag für den Heli, nach einem großen kleinen Vorbild: "Pathfinder Air"

Die Missionsdauer ist nur aus Kostengründen auf dem Papier auf 30 Tage begrenzt.

Wenn man gesagt hätte, daß Opportunity 14 Jahre und länger lebt und man 14 Jahre und länger Geld braucht, hätte die NASA das Geld nicht bekommen. Außerdem leben ja nicht alle Sonden/Rover so lange. Und dann hätte man beweisen müssen, daß Opportunity so lange hält und das hätte noch mehr Geld gekostet.

Somit wird die Missionsdauer immer sehr kurz gehalten. Das spart Geld. Und es sichert Arbeitsplätze, denn wenn eine Mission schief geht, ist die Folgemission bereits geplant. Wenn dann die 30 Tage um sind, dann kann man die Missionsdauer verlängern und das Folgeprojekt auf Eis legen. Das kostet dann im Vergleich viel weniger Geld auf dem Papier.

Bei dem Konzept ist offenbar Hovern möglich. Das macht die Landung einfacher.

Der Heli wird nicht "nach 30 Tagen zurückgelassen", sondern er fliegt voraus, um das Gelände vor dem Rover zu erkunden, daher wäre der Name "Pathfinder Air" exakt passend.  Da es sich um einen Technikdemonstrator handelt, wurde vorher der Erfolg definiert als "5 erfolgreiche Flüge innerhalb von 30 Tagen".

Da das Gerät seine Energie solar erzeugt und kein Verbrauchsmaterial erforderlich ist, gibt es zunächst mal keinen Grund, es irgendwann im Gelände stehen zu lassen, es sei denn, dass es defekt wird. Und ja, es kann hovern und sucht sich dabei einen optimalen Landeplatz selbständig aus. Danach werden die Gelände-Aufnahmen über den Rover zur Erde gesendet, wo sie für die Planung der nächsten Fahrtstrecke ausgewertet werden sollen.

Der Heli wird nicht "nach 30 Tagen zurückgelassen", sondern er fliegt voraus, um das Gelände vor dem Rover zu erkunden, daher wäre der Name "Pathfinder Air" exakt passend. 

Ja, noch passender als bei dem ersten "Mars Pathfinder" Mitte/Ende der 1990er. Jener war ja ein kleiner Technologiedemonstrator für das Konzept "Marsrover" überhaupt. Insofern war er "nur" im übertragenen SInne ein Pfad-Finder, halt für die zukünftige mobile Marserforschung durch die NASA "zu Lande".

Der Mars-Helicopter ist ebenfalls wieder ein Pfadfinder im übertragenen Sinne, halt diesmal "in der Luft", aber er kann auch ganz wortwörtlich als Pfadfinder bzw. Vorauskundschafter für den Rover 2020 genutzt werden.

Hat die Sonnenaktivität eigentlich Auswirkungen auf den Betrieb des Helis? Bei starker Sonnenaktivität weitet sich die Atmosphäre aus. Ich weiß jetzt nicht, ob sich das im Falle der sehr dünnen Marsatmosphäre auf die Dichte in sehr niedrigen Höhen auswirkt. 

Falls du die Energieeinstrahlung der Sonne meinst, dann ja das tut es und das sogar sehr stark. Also am besten in der frühe fliegen.

Der Heli wird nicht "nach 30 Tagen zurückgelassen", sondern er fliegt voraus, um das Gelände vor dem Rover zu erkunden, daher wäre der Name "

@rok: Ist das (nur) Deine Erwartung oder gibt es dafür eine Quelle?

@Klakow: Der Heli soll lt. dem in meiner Antwort #183 verlinktem pdf (was ich seit gestern nicht mehr aufrufen kann    ) immer in der Mittagszeit fliegen (11.00 h), weil es da wärmer ist und die Solarzellen (ca. 0,5 m²) mehr Energie tanken können. So habe ich es jedenfalls in Erinnerung behalten...

Wie g... ist das denn  ... Tschuldigung   
Ich bin ja gespannt, wie lange der Flieger durchhält. Voll autonom auf weitgehend unebenem, mit Steinen übersähtem, teils sandigem Terrain zu landen, ist sicher etwas, wo man außer intelligenter Bildverarbeitung und Flugsteuerung wohl auch bisschen Glück braucht.
Aber ich freue mich wie Schnitzel, dass man den Mumm hat, mal was Neues zu probieren. Bislang fand ich den Rover 2020 als "Curiosity 2.0" gar nicht soooo spannend. Aber jetzt 

Moin Lumpi,
ich habe die Infos hauptsächlich aus dem von Sensei weiter oben verlinkten Video (#160, 37:00 Min.) eines Vortrages von M. Aung vom JPL. Speziell zu deiner Frage erläutert sie ab ca. 9:00 - 14:30 Min das geplante Vorgehen und erste Tests auf der Erde.

Die Mittagszeit ist auch der sinnvollste Zeitraum zum Fliegen, weil die Akkus nachts zur Temperaturerhöhung genutzt werden und daher morgens ziemlich leer sind. Vormittags werden sie geladen, dann wird geflogen, anschließend mit dem Rover kommuniziert und nachmittags werden die Akkus für die Nacht wieder aufgeladen.
Ach ja, die Quelle:

https://www.youtube.com/watch?v=w3y7iJEe7uM

edit: Die "30 Tage Missionsdauer" erklären sich dadurch, dass der Heli in dieser Zeit mindestens 5 erfolgreiche Flüge mit verschiedenen Aufgaben durchführen soll, das ist das Minimalziel. Spätestens nach diesen 30 Tagen wird sich der Rover auf den Weg machen und wenn der Heli so funktioniert wie erwartet, soll er mit seiner "Stereo Scoutcam" die Routenplanung des Rover unterstützen. Es ist geplant, dass er dann solange arbeitet, bis eine "nicht-nominelle Landung" sein Ende bedeuten würde. Um das zu vermeiden hat er eine weitere Kamera an Bord, die nach vorne und unten gerichtet ist und mit der der Heli nach getaner Arbeit seine Landezone nach jedem Flug autonom aufsuchen wird.

... und die Solarzellen (ca. 0,5 m²) mehr Energie tanken können. So habe ich es jedenfalls in Erinnerung behalten...

Die Fläche 0,5 m² entspricht dem Durchmesser ca. 0,8 м. Bei dem Prototyp diese Solarfläche sieht ziemlich kleiner aus. Ich schätze sie hat den Durchmesser 25-30 cm.