Полеты на Марс становятся все сложнее

Вертолет НАСА Ingenuity готовится к полету на 14-ю Красную планету, но разреженный марсианский воздух делает такие полеты все более и более сложными.

Приближающийся боевой вылет, который может произойти в любой день, является простым прыжком по сравнению с некоторыми из более смелых разведывательных полетов, которые Ingenuity совершает в помощь марсоходу НАСА Perseverance, заявили члены команды миссии в недавнем обновлении.

Для простоты есть веская причина: вертолет весом 4 фунта (1,8 кг) будет проверять более высокие скорости вращения ротора, чтобы увидеть, сможет ли он продолжать полет в быстро меняющихся сезонных атмосферных условиях на Марсе. План полета требует от Ingenuity взлета, набора высоты до 16 футов (5 метров) и выполнения бокового маневра перед посадкой.

Изначально предполагалось, что полет состоится не ранее 17 сентября, но это зависело от готовности команды миссии к такой возможности. Обновления будут публиковаться в официальной ленте Perserverance в Твиттере по мере того, как можно будет сообщать о новых разработках.

Ожидается, что короткий испытательный полет, когда бы он ни происходил, будет включать скорость ротора примерно 2700 оборотов в минуту (об / мин), при условии, что запланированное наземное испытание со скоростью вращения 2800 об / мин соответствует плану. (Для сравнения, в предыдущем опыте на Марсе изобретательность летела со скоростью около 2537 об / мин.)

Инженеры надеются, что большая скорость вращения позволит дрону летать, несмотря на уменьшение плотности атмосферы. «На самом деле [летать] становится все труднее с каждым днем: я говорю о плотности атмосферы, которая и без того была чрезвычайно низкой и теперь еще больше падает из-за сезонных колебаний на Марсе», — сказал главный пилот Ховард Грип из НАСА. Лаборатория движения в Южной Калифорнии, пишут в обновлении.

Грип объяснил, что полетная кампания Ingenuity была рассчитана на то, чтобы продлиться всего несколько месяцев после того, как миссия Perseverance приземлилась в кратере Марса Джезеро в феврале. Изобретательность намного превзошла ожидания и до сих пор продолжает летать, проверяя, как винтокрылый аппарат может действовать как разведчик для марсоходов или, возможно, даже в человеческих миссиях.

Но изобретательность не была предназначена для изменения сезонных условий. Первоначально плотность атмосферы в кратере Джезеро была эквивалентна примерно 1,2–1,5% земной. Но теперь плотность приближается к 1% в дневные часы, предпочитаемые для полета, когда токи от земли вызывают меньшую нестабильность для низколетящего беспилотника. «[Атмосферная] разница может показаться незначительной, но она оказывает значительное влияние на способность Ingenuity летать», — пояснил Грип.

Запас тяги изобретательности, или избыточная тяга, которую дрон создает сверх того, что ему требуется для зависания, уменьшается по мере разжижения атмосферы Марса. Если плотность атмосферы упадет слишком сильно, изобретательность, возможно, приблизится к стойле в воздухе. «К счастью, есть способ решить эту проблему, но он включает в себя вращение роторов даже быстрее, чем мы делали до сих пор», — продолжил Грип.

«Фактически, им придется вращаться быстрее, чем мы когда-либо пытались с помощью Ingenuity или любого из наших испытательных вертолетов на Земле. Это не то, к чему мы относимся легкомысленно, поэтому наши следующие операции на Марсе будут сосредоточены на тщательном тестировании на более высоких уровнях. скорости ротора при подготовке к будущим полетам «.

Команда Ingenuity будет искать несколько потенциальных проблем. Во-первых, более высокая частота вращения в сочетании с ветром и движением вертолета может привести к тому, что лопасти несущего винта ударится в атмосферу со скоростью примерно 0,8 Маха, или 80% скорости звука. (Скорость звука на Марсе составляет всего три четверти скорости звука на Земле из-за гораздо более низкой плотности атмосферы на Красной планете.)

«Если кончики лопастей приблизятся к скорости звука, они испытают очень большое увеличение аэродинамического сопротивления, которое будет недопустимо для полета», — сказал Грип. «Что касается ротора Ingenuity, мы не ожидаем столкнуться с этим явлением до тех пор, пока числа Маха не будут еще выше, но это никогда не было подтверждено испытаниями на Земле».

Инженеры также будут следить за потенциальными резонансами, которые могут вызвать вибрацию вертолета на определенных частотах, что в худшем случае может «вызвать повреждение оборудования и привести к ухудшению показаний датчиков, необходимых для системы управления полетом», — сказал Грип. Другие соображения будут включать в себя большую мощность, необходимую от электрической системы, и более высокие нагрузки, необходимые для роторной системы.

«Все это создает серьезную проблему, но, подойдя к проблеме медленно и методично, мы надеемся полностью проверить систему на более высоких скоростях вращения ротора и позволить Ingenuity продолжать летать в ближайшие месяцы», — сказал Грип.