NASA використовує два світи для тестування марсіанських гелікоптерів

Вперше в історії дві планети стали домом для тестування майбутніх конструкцій літаків. У цьому світі в Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії нещодавно випробували новий ротор, який можна використовувати з марсіанськими гелікоптерами нового покоління, обертаючись зі швидкістю, близькою до надзвукової (0,95 Маха). Тим часом вертоліт агентства Ingenuity Mars Helicopter досяг нових рекордів висоти та швидкості на Червоній планеті в рамках експериментальних льотних випробувань.

«Наші випробування гелікоптера наступного покоління на Марсі буквально показали найкраще з обох світів», — сказав Тедді Цанетос, менеджер проекту Ingenuity та менеджер Mars Sample Recovery Helicopters. «Тут, на Землі, у вас є всі інструменти та практична безпосередність, на яку можна сподіватися під час тестування нових компонентів літака. На Марсі у вас є реальні позаземні умови, які ви ніколи не зможете відтворити тут, на Землі». Це включає тонку як шепіт атмосферу та значно меншу гравітацію, ніж на Землі.

Роторні лопаті наступного покоління з вуглецевого волокна, які випробовуються на Землі, майже на 4 дюйми (понад 10 сантиметрів) довші за Ingenuity, мають більшу міцність і інший дизайн. У NASA вважають, що ці лопаті можуть використовувати більші та ефективніші вертольоти для Марса. Проблема полягає в тому, що коли кінчики лез наближаються до надзвукових швидкостей, турбулентність, що спричиняє вібрацію, може швидко вийти з-під контролю.

Щоб знайти простір, достатньо великий для створення марсіанської атмосфери на Землі, інженери звернули увагу на космічний симулятор JPL шириною 25 футів і висотою 85 футів (8 метрів на 26 метрів) — місце, де Surveyor, Voyager і Кассіні вперше відчули космічні середовища. Протягом трьох тижнів у вересні команда спостерігала за датчиками, вимірювальними приладами та камерами, коли лопаті витримували хід за пробігом на все вищих швидкостях і більших кутах нахилу.

15 вересня на 25-футовому космічному симуляторі в Лабораторії реактивного руху NASA тестують подвійну роторну систему для наступного покоління вертольотів Mars. Лопаті з вуглецевого волокна, довші та міцніші за ті, що використовувалися на марсіанському гелікоптері Ingenuity, під час випробувань досягли майже надзвукової швидкості. Авторство: NASA/JPL-Caltech

«Ми обертали наші лопаті до 3500 обертів за хвилину, що на 750 обертів на хвилину швидше, ніж лопаті Ingenuity», — сказав Тайлер Дель Сесто, заступник керівника випробувань вертольотів для відновлення зразків у JPL. «Ці більш ефективні лопаті тепер більше, ніж гіпотетична вправа. Вони готові до польоту».

Приблизно в той самий час і на відстані приблизно 100 мільйонів миль (161 мільйон кілометрів) Ingenuity отримав наказ спробувати те, що команда Mars Helicopter навіть не могла собі уявити.

Четверте випробування польоту

Спочатку планувалося, що Ingenuity літатиме не більше п’яти разів. З його першим польотом, занесеним у бортовий журнал місії понад два з половиною роки тому, вертоліт перевищив заплановану 30-денну місію в 32 рази та здійснив 66 польотів. Кожного разу, коли Ingenuity піднімається в повітря, він охоплює нову землю, пропонуючи перспективу, яку не вдалося досягти жодній попередній планетарній місії. Але останнім часом Team Ingenuity запускає свій гвинтокрил на сонячних батареях, як ніколи раніше.

«За останні дев’ять місяців ми подвоїли нашу максимальну швидкість польоту та висоту, збільшили швидкість вертикального та горизонтального прискорення та навіть навчилися повільніше приземлятися», — сказав Тревіс Браун, головний інженер Ingenuity в JPL. «Розширення оболонки надає безцінні дані, які можуть бути використані розробниками місій для майбутніх марсіанських гелікоптерів».

Обмежені доступною енергією та температурою двигуна, польоти Ingenuity зазвичай тривають близько двох-трьох хвилин. Хоча вертоліт може подолати більше землі за один політ, літаючи швидше, надто швидкий політ може заплутати бортову навігаційну систему. Система використовує камеру, яка розпізнає каміння та інші елементи поверхні, коли вони рухаються в полі зору. Якщо ці функції свистять надто швидко, система може заблукати.

Отже, щоб досягти більшої максимальної швидкості, команда надсилає команди Ingenuity для польоту на більших висотах (інструкції надсилаються на вертоліт перед кожним польотом), що довше зберігає функції у полі зору. Рейс 61 встановив новий рекорд висоти в 78,7 фута (24 метри), перевіряючи характер марсіанського вітру. З польотом 62 Ingenuity встановив рекорд швидкості 22,3 милі/год (10 метрів на секунду) і розвідав місце для наукової групи марсохода Perseverance.

Команда також експериментувала зі швидкістю приземлення Ingenuity. Гелікоптер був розроблений для контакту з поверхнею на відносно швидкій швидкості 2,2 милі/год (1 миль/с), щоб його бортові датчики могли легко підтвердити приземлення та вимкнути ротори, перш ніж він зможе відскочити назад у повітря.

Гелікоптер, який приземляється повільніше, можна сконструювати з більш легким шасі. Тож на рейсах 57, 58 і 59 вони закрутили його, продемонструвавши, що Ingenuity може приземлятися на 25% повільніше, ніж ті, на яких він був спочатку розроблений.

Усе це марсіанське чаклування Чака Єгера не закінчилося. Очікується, що в грудні, після сонячного з’єднання, Ingenuity виконає два високошвидкісні польоти, під час яких він виконає спеціальний набір кутів нахилу, призначений для вимірювання його продуктивності.