Mars-helikopteret var en gigantsuksess – med deler du kan kjøpe i butikken

Nyheten om at JPLs lille helikopterdrone på Mars, Ingenuity, hadde tatt sin siste flytur, kom for noen dager siden. En hard landing førte til skade på ett eller flere rotorblad, og dermed kan «Ginny», som den heter blant venner, ikke lenger fly, selv om man ennå har radiokontakt med den.

Likevel må man kunne kalle prosjektet en dundrende suksess:

Den skulle egentlig vare maksimalt fem flygninger fordelt på 30 dager. Det ble 72 flyginger over to og et halvt år.

Og det ble i stor grad gjort med hyllevare.

Måtte spare på absolutt alt

Ingenuity haiket nemlig med roveren Perseverance, og designerne hadde dermed store begrensninger når det gjaldt budsjett, størrelse og vekt. Og med begrenset størrelse og vekt kommer også begrensninger innen strømforbruk og batterikapasitet.

En vanskelig nok oppgave her på jorden, men «Ginny» skulle til Mars, en planet med syltynn atomsfære og lite sollys, og så langt unna at å fjernstyre et lite helikopter i sanntid er en regelrett latterlig tanke. Å sende et radiosignal kan ta fra 5 til 20 minutter én vei, alt etter hvor i sine respektive baner jorden og Mars er.

Så hva gjør man når man må spare penger, plass, vekt, strøm og samtidig gjøre noe som ikke engang er prøvd før?

Man blir kreativ med hyllevare

For eksempel:

Ingenuitys strømkilde er seks Sony VTC-4-batterier som lades av et solcellepanel. Disse batteriene koster kanskje en hundrelapp hver og er mye brukt i forbrukerelektronikk med oppladbare batterier.

Radiosystemet som lar Ingenuity holde kontakten med Perserverance – som fungerer som en slags «basestasjon» for helikopteret, er basert på Zigbee. Zigbee er en standard for trådløs kommunikasjon som er laget for maksimal rekkevidde på 100 meter og med et svært lavt strømforbruk. Ja, og så er den opprinnelig tiltenkt hjemmebruk – Philips Hue-pærer og lignende.

Prosessoren i Ingenuity er en Qualcomm Snapdragon 801. Denne ble lansert i 2013-2014, og hvis du synes navnet høres kjent ut, kan det være fordi du har gått med en i lomma. Den samme prosessoren ble brukt i telefoner som Sony Xperia Z3, Samsung Galaxy S5 og OnePlus X, for å nevne noen få av de mange. Selve prosessoren koster småpenger og veier ikke mange grammene.

Og den er 100 ganger kraftigere enn alt Nasa har sendt utenfor Jordens bane. Til sammen.

Til sammenligning har Perserverance en RAD750-datamaskin som veier litt over et halvt kilo. Den ble utviklet på 1990-tallet og introdusert i 2001 men er ennå i bruk, sist på James Webb Space Telescope. Prisen er rundt 2,6 millioner kroner.

Rett skal være rett: Nasa utvikler for tiden en ny prosessor som både skal yte 100 ganger bedre og være beskyttet mot stråling. Men det tar tid.

Lite som feilet

Uansett, å bruke nyere hyllevare i rommet er en risk å ta. Fordelen med å bruke gammel teknologi til slikt, er at man da kan gjennomteste den over mange år for å sjekke om den kan takle påkjenningene. Stråling og ekstreme temperaturvariasjoner i rommet og på Mars, samt kraftige vibrasjoner og G-krefter under oppskytning og landing, er noen eksempler.

For eksempel har ikke Ingenuity batterikapasiteten som skal til for å holde komponentene varme – den skulle tross alt ikke vare mer enn 30 av Mars' vårdager. Så når «Ginny» likevel måtte overvintre på Mars, hvor nattetemperaturen kan nå 90 minusgrader, måtte man bare la elektronikken «fryse» og håpe på det beste.

Elektronikken var ikke laget for slike temperaturer – og endte opp med å tilbakestilles ved hver oppvåkning om Mars-morgenen. Denslags temperaturvariasjoner kan føre til at komponenter bokstavlig talt tar kvelden, noe som også skjedde med en sensor som brukes til å måle hvor skrått helikopteret står før det skal ta av. Heldigvis hadde Ingenuity andre sensorer som kunne gjøre jobben, om enn på en litt annen måte.

Ingen av sensorene var egentlig godkjent for bruk i rommet, men bare én feilet. I tillegg hadde Ingenuity også et kamera og avionikk som heller ikke var tiltenkt rom-bruk. Likevel overlevde nesten alt.

Risikovurdering

Man har altså mulighet til å bruke mer moderne komponenter, men med det følger også større risiko for at noe kommer til å gå galt.

– Derfor kan man ikke nødvendigvis bruke den snarveien når det er et ekstremt dyrt prosjekt eller astronauters liv som står på spill, sier Tyler Jones til Digi. Han er seniorrådgiver på Norsk Romsenter.

– Ingenuity, derimot, var en slags «attpåklatt» til Perserverance-programmet. Roveren hadde blitt skutt opp uansett om Ingenuity var med eller ikke, og siden Ingenuity var bare en teknologidemonstrasjon, ville det ikke blitt noe stort problem for oppdraget dersom helikopteret aldri funket. Ikke optimalt, men heller ikke noe som ville ødelagt helheten.

Fordelene kan imidlertid være store, hvis risikoen er akseptabel eller kan reduseres på annet vis.

– Man kan for eksempel til en viss grad redusere risikoen ved å ta i bruk utvidet redundans – det vil si å ha mange komponenter og løsninger som kan gjøre hverandres jobb om den ene skulle feile, men dette må vurderes i hvert enkelt tilfelle, sier Jones.

Et annet eksempel på tiltak er teknikker som minner om såkalt «wear leveling», som er mye brukt i moderne SSD-er og lignende.

Det kan sammenlignes med en notatbok der man skriver og visker ut igjen for å gi plass til nye notater. For å sørge for at man ikke sliter ut «side 1» av enheten raskt, sprer man skrivingen tilfeldig i hele «boken». Dermed belastes alle «sidene» omtrent like mye, og helheten varer lenger. Tenk deg i tillegg at «boken» kan merke sider som utslitt og sette inn andre og nye sider som erstatter dem.

Ingenuity flyr ikke mer, men lærdommen fra den lille farkosten på rundt 1,8 kilo vil utvilsomt føre til mange flere ekspedisjoner og økt kunnskap om våre naboer i solsystemet.