火星的危险冬季：每个太阳日都可能是Ingenuity直升机的最后一天

尽管NASA的 Ingenuity火星直升机的运行超出预期，证明了该直升机在火星上的动力控制飞行是可能的，并且在各地取得了令人难以置信的成功，但即将到来的火星冬季带来了额外的挑战。每个太阳日（sol）都可能是 Ingenuity 的最后一天。

在火星上的冬季，由于到达Ingenuity火星直升机太阳能阵列的日光较少，它在保持电池充电方面可能会有不足。据信，它在夜间已经遭受了电池断电的困扰，低电压导致电子设备复位。还有可能是加热器没有足够的电力将电子设备保持在其安全温度范围内。每晚的这种冷循环可能会导致电子装置失效。

正如最近的一篇文章所详述的那样，在NASA Ingenuity团队长达一年的延长任务中，他们第一次在 5 月 3 日（Sol 427）和 5 月 4 日（Sol 428）的下行链路中失去了与 Ingenuity 的通信。经过一周的异常调查、两个太阳日专门用于数据收集，以及“毅力号”和 Ingenuity 运营团队的努力，团队很高兴地报告他们已经与 Ingenuity 重新建立了可靠的通信。根据所有可用的遥测数据，直升机看起来很健康，团队已经恢复了修改后的操作形式。假设冬季重新调试活动名义上完成，Ingenuity 的第 29 次飞行可能会在接下来的几个太阳日内进行。

Ingenuity的遥测证实，通信丢失是由于进入夜间的电池充电状态 (SOC) 不足，导致 Ingenuity团队的任务时钟重置。这种每日 SOC 赤字可能会在火星冬季（直到 9 月/10 月）持续。

像这样的挑战是意料之中的：在原计划的五次飞行之外，经过数百次飞行和数十次飞行，这架太阳能直升机处于未知领域。团队现在的运营远远超出了他们最初的设计限制。从历史上看，火星对航天器（尤其是太阳能航天器）非常具有挑战性。每个太阳日都可能是 Ingenuity 的最后一天。

以下是Ingenuity团队过去两周异常调查的摘要，他们提升的冬季风险态势，以及 Ingenuity 在冬季及以后的可能路径。

Sol 427 和 428 通信丢失

在火星晚秋/初冬，Ingenuity团队已经达到了 Ingenuity 无法再支持名义运行的能源需求的地步。从 Sol 426 晚开始，Ingenuity团队认为该直升机开始经历夜间电池断电（电池电压下降），这会重置电子设备。由于可用太阳能的季节性减少、空气中尘埃密度的增加以及温度的下降，使电子设备在夜间保持供电和温暖的能源需求已经超过了 Ingenuity 的可用能源预算。

下面是杰泽罗陨石坑的环境条件图。黑线是火星年空气尘埃密度（称为“tau”）的气候模型，绿色虚线显示了预期的每日日照量（到达太阳能电池板的太阳光线量）。现在正处于 tau 峰值的火星年，加上日照下降。此图中未显示每日平均温度降低的额外趋势，这也增加了 Ingenuity 的能源需求。Ingenuity团队预计将在这个具有挑战性的冬季能源模式中保持到 Sol 600 左右。

在冬天，Ingenuity团队每天晚上都希望电池 SOC 会降到足够低的位置：

• 1.冷循环组件：Ingenuity团队的加热器恒温器不能再将电池（和周围的电子设备）保持在其编程设定点（例如零下25 C）。因此，他们预计 Ingenuity 的电子设备夜间环境温度将达到大约零下 80 C。影响 1：这种冷循环每晚都会给我们的电子元件带来终生风险。

• 2.清除任务时钟：电池不再支持Ingenuity的电压调节器和任务时钟。这种夜间停电会重置（或清除）任务时钟。影响 2：每天早上，当 Ingenuity 预热、为耗尽的电池充电并尝试打开其计算机时，它会根据与“毅力号”不同步的错误警报计划启动。

当“毅力号”在Sol 427 和 428 上午尝试与 Ingenuity 通信时，Ingenuity 没有回应，因为它在错误的时间“醒来”。该团队的反应是通过将全Sol搜索活动与“毅力号”上的直升机基站 (HBS) 进行上行连接，以尝试在 Ingenuity 的一个错位警报窗口期间与 Ingenuity 进行通信，该活动成功了。

从 Sol 429 和之后的每个 sol（除了 Sols 444 和 445，它们不包含直升机活动），团队每天都与 Ingenuity 保持联系，在他们认为最有可能发生的时候使用类似的早晨搜索活动Ingenuity 将被充分充电以尝试启动其电子设备。这些早晨的搜索活动会在每个 sol 期间重新编程直升机的任务时钟，在该 sol 期间，这使得额外的预定活动能够利用确实可用的能量。目前，团队以约 68% 的 SOC 达到日落状态，估计至少需要 70% 的电量才能让所有设备在一夜之间保持供电。一旦我们到达冬至（7 月的 Sol 500），团队预计2% 的 SOC 赤字将增长到 7%，届时情况将开始改善。

到目前为止，所有的遥测数据都表明 Ingenuity 是健康的，没有因隔夜寒冷循环而受损的迹象。早起晚间活动是团队近期的新常态。

冬季风险态势

Ingenuity团队的最新模型表明，无论对夜间恒温器策略进行何种修改，让电子核心模块 (ECM) 组件在一夜之间保持温暖并在其标称温度范围内都是极具挑战性的，甚至是不可能的。尽管自流动站部署以来，组件故障一直是他们承担的风险，但现在这种风险被放大了。ECM 组件通常由电池加热器在一夜之间保持温暖（通常设置为 零下4 C，零下15 C或零下25 C）。团队预计 ECM 组件现在正在热循环到环境过夜温度 零下 80 C。团队确实进行了有限的 ECM 组件测试，表明某些组件可能会在冬季存活，但他们无法预测整个 ECM 将如何在整个冬季运行。

冬季运营及以后

鉴于高风险态势，Ingenuity团队在最后几个解决方案中的重点是优先考虑从 Ingenuity 到 HBS 的数据下行链路。在将所有唯一数据从 Ingenuity 复制到 HBS 之前，团队还有一些 Heli 到 HBS 的传输活动。具体来说，他们正在复制仍在 Ingenuity 上的最后八次飞行的飞行性能日志、电子日志和高分辨率彩色图像。

在转移所有关键日志后，团队将进入重新调试阶段，在此期间，鉴于他们正在进行的夜间冷循环，他们将重新建立 Ingenuity 的飞行准备状态。就像在技术演示阶段一样，团队将在开始飞行之前进行高速旋转。如果 Ingenuity 收到一份健康证明，他们将准备在 29次飞行中向西南执行一次短途出击。这次飞行将在接下来的四到六个月内改善无线电链路，而“毅力号”则在河三角洲进行采样。

与此同时，Ingenuity 飞行软件团队将准备一系列升级以启用高级导航功能。这些新能力将帮助 Ingenuity 登上河流三角洲，并继续其作为 “毅力号”的前锋侦察员的任务。

下一步

“毅力号”和 Ingenuity 运营团队在重建与 Ingenuity 的可靠通信方面做得非常出色。截至 Sol 446，该团队已将大约 3500Mb)的数据从 Ingenuity 传输到 HBS。Ingenuity 上剩余大约 400 Mb 的非关键日志和图像数据将被随机传输，而团队本周将继续进行重新调试工作。如果“毅力号”和 Ingenuity 之间的电信链路保持稳定，并且 Ingenuity 收到一份健康单，团队希望在接下来的几个太阳中执行第29次飞行。