2105
Інженери NASA вперше розкрутили гвинти марсіанського гелікоптера до швидкостей, що перевищують швидкість звуку, і гвинти успішно витримали ці екстремальні умови. Як повідомляє SciTechDaily, це дало змогу підвищити підйомну силу приблизно на 30% і прокладає шлях до важчих, більш «навантажених» науковими приладами літальних апаратів для Марса.
Навіщо Марсу надзвукові гвинти
Випробування провели у березні в Лабораторії реактивного руху (JPL) NASA в Південній Каліфорнії. Команда перевіряла, чи можуть кінчики лопатей безпечно переходити через бар’єр швидкості звуку в умовах, максимально наближених до марсіанських. Загалом виконали 137 тестових запусків, збираючи дані для проєктування апаратів, здатних нести більші наукові вантажі.
Керівник програми дослідження Марса в JPL Ал Чен (Al Chen) нагадав, що гелікоптер Ingenuity став великим успіхом, але наступне покоління апаратів має виконувати значно складніші завдання. Атмосфера Марса приблизно в 100 разів розрідженіша, ніж на Землі, тож створити підйомну силу там надзвичайно важко, хоча гравітація планети все ще суттєва.
Ingenuity здійснив перший в історії керований політ на іншій планеті 19 квітня 2021 року, але був лише демонстрацією технології й не ніс наукових приладів. Натомість нові апарати, зокрема в межах щойно оголошеного проєкту SkyFall, мають перевозити інструменти й сенсори для збору даних, а також досліджувати важкодоступні з поверхні ділянки на низьких висотах.
Чому літати на Марсі так складно
Для гелікоптерів більша тяга зазвичай досягається або збільшенням діаметра гвинта, або підвищенням швидкості його обертання. На Марсі це правило доводиться доводити до межі можливого: через дуже розріджену атмосферу лопаті мусять наближатися до швидкості звуку, щоб створити достатню підйомну силу.
Під час 72 польотів Ingenuity інженери обмежували оберти його композитних лопатей значенням до 2700 об/хв. Це робили з двох причин: щоб уникнути непередбачуваних ефектів поблизу звукового бар’єра та не допустити, щоб пориви вітру, наприклад від пилових вихорів, штовхнули кінчики лопатей у надзвуковий режим.
За словами керівника випробувань гвинтів Яакко Карраса (Jaakko Karras), Ingenuity планували так, щоб у спокійному повітрі кінчики лопатей рухалися приблизно на рівні Маха 0,7. Це залишало запас на випадок зустрічного вітру. Але для наступного покоління апаратів потрібна вища продуктивність, тож інженерам довелося перевірити, чи можуть гвинти безпечно працювати на більших швидкостях.
На рівні моря на Землі швидкість звуку становить близько 760 миль/год (1223 км/год). На Марсі, через холодну, розріджену атмосферу, багату на вуглекислий газ, вона нижча — приблизно 540 миль/год (869 км/год).
Як проходили надзвукові випробування
Для тестів команда Карраса використала трилопатевий гвинт, створений компанією AeroVironment із міста Сімі-Веллі (Каліфорнія). Його встановили в історичній 25-футовій вакуумній камері JPL, відомій як 25-Foot Space Simulator, здатній відтворювати атмосферу Марса.
Інженери відкачали повітря з камери й заповнили її вуглекислим газом за тиску, подібного до марсіанського. Потім гвинт розкручували, поступово збільшуючи швидкість обертання та силу зустрічного потоку газу.
З міркувань безпеки частину внутрішніх поверхонь камери обшили металевими листами на випадок руйнування лопатей. З сусідньої контрольної кімнати фахівці стежили за телеметрією та відео в реальному часі, поки швидкість обертання не досягла 3750 об/хв. У цей момент кінчики лопатей рухалися зі швидкістю близько Маха 0,98.
Після цього в камеру почали подавати сильніші зустрічні потоки, збільшуючи швидкість вітру з кожним запуском. Зрештою кінчики лопатей досягли Маха 1,08, а підйомна сила зросла приблизно на 30%. Це означає, що майбутні марсіанські гелікоптери зможуть нести важчі наукові прилади, складніші сенсори та більші батареї для триваліших польотів.
Окремо команда випробувала дволопатевий гвинт, розроблений для концепції місії SkyFall. Через трохи більшу довжину лопатей йому достатньо було досягти 3570 об/хв, щоб вийти на подібні околонадзвукові швидкості кінчиків до введення зустрічного потоку.
SkyFall: наступне покоління марсіанських гелікоптерів
Аеродинамік Шанна Вітроу-Мейзер (Shannah Withrow-Maser) з Дослідницького центру Еймса NASA зазначила, що успішні тести стали важливим кроком до підтвердження можливості польотів у більш жорстких умовах. Команда очікувала досягти приблизно Маха 1,05, але в останніх серіях випробувань змогла вийти на Мах 1,08. Дані ще аналізують, і, за словами дослідників, потенціал для ще більшої тяги може виявитися навіть вищим.
Результати вже врахували в проєктних вимогах місії SkyFall. Надихнувшись Ingenuity, який досі залишається єдиним літальним апаратом, що здійснював польоти на іншій планеті, команда планує доставити на Марс три нові гелікоптери в грудні 2028 року.
Кампанію надзвукових випробувань профінансувала програма дослідження Марса NASA, щоб максимально розширити можливості майбутніх літальних апаратів на Червоній планеті.
Нові гвинти NASA для марсіанських дронів долають швидкість звуку з’явилася спочатку на Цікавості.
