NASA использует два мира для тестирования будущих конструкций марсианских вертолетов
Впервые в истории две планеты стали местом испытаний будущих конструкций летательных аппаратов. В Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии испытан новый ротор, который может быть использован в марсианских вертолетах нового поколения. Ротор вращается на скоростях, близких к сверхзвуковым (0,95 Маха). В то же время марсианский вертолет Ingenuity Mars Helicopter в рамках летных испытаний установил новые рекорды высоты и скорости полета на Красной планете.
Тедди Тзанетос, руководитель проекта Ingenuity и менеджер по вертолетам для сбора образцов с Марса говорит: «На Земле у нас есть все необходимые приборы, которые помогают рассчитывать новые компоненты летательного аппарата. На Марсе — мы имеем реальные условия, которые никогда не сможете воссоздать на Земле». Главные отличия Марса — это крайне разреженная атмосфера и значительно меньшая гравитация, чем на Земле.
Новые лопасти
Лопасти ротора из углеродного волокна нового поколения, испытываемые на Земле, почти на 10 см длиннее, чем у Ingenuity. Они обладают большей прочностью и имеют другую конструкцию. В NASA считают, что эти лопасти позволят создать более крупные и мощные марсианские вертолеты. Проблема заключается в том, что при приближении вращения лопастей к сверхзвуковым скоростям турбулентность, вызывающая вибрации, может быстро выйти из строя.
Чтобы найти пространство, достаточно большое для создания марсианской атмосферы на Земле, инженеры обратились к космическому большому симулятору — 8 м на 26 м, — где тестировали космические аппараты Surveyor, Voyager и Cassini. В течение трех недель в сентябре команда следила за показаниями датчиков, измерительных приборов и камер, пока лопасти выполняли один за другим запуски на все более высоких скоростях и с большими углами наклона.
Двойная роторная система для следующего поколения марсианских вертолетов проходит испытания в 25-футовом космическом симуляторе в Лаборатории реактивного движения NASA 15 сентября. Более длинные и прочные, чем те, что используются в марсианском вертолете Ingenuity, лопасти из углеродного волокна достигают скорости, близкой к сверхзвуковой. NASA/JPL-Caltech
«Мы раскрутили лопасти до 3500 оборотов в минуту, что на 750 оборотов в минуту быстрее, чем лопасти Ingenuity», — говорит Тайлер Дель Сесто, заместитель дирижера по испытаниям Sample Recovery Helicopter в JPL. — «Эти более эффективные лопасти теперь не просто тесты. Они готовы к полету».
В это время на Марсе
Примерно в то же время, на расстоянии около 161 млн км, Ingenuity было приказано испытать то, что команда Mars Helicopter даже не могла себе представить.
Изначально планировалось, что Ingenuity совершит не более пяти полетов. С момента занесения первого полета в бортовой журнал более двух с половиной лет назад вертолет превысил запланированный 30-дневный срок на 32 раза и совершил 66 полетов. В последнее время команда Ingenuity как никогда активно использует вертолет, работающий на солнечных батареях.
«За последние девять месяцев мы удвоили максимальную скорость и высоту полета, увеличили скорость вертикального и горизонтального ускорения и даже научились приземляться медленнее», — говорит Трэвис Браун, главный инженер Ingenuity в JPL. — «Расширение огибающей предоставляет бесценные данные, которые могут быть использованы разработчиками будущих марсианских вертолетов».
В этом видеоролике объединены две точки зрения на 59-й полет марсианского вертолета НАСА Ingenuity. Видео слева было снято камерой Mastcam-Z марсохода Perseverance, а черно-белое видео справа — направленной вниз камерой Navcam аппарата Ingenuity. Полет состоялся 16 сентября. NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Полеты Ingenuity, ограниченные доступной энергией и температурой двигателя, обычно длятся около двух-трех минут. Хотя за один полет вертолет может преодолеть большее расстояние за счет большей скорости, слишком быстрый полет может нарушить работу бортовой навигационной системы. В системе используется камера, которая распознает камни и другие особенности поверхности по мере их перемещения в поле зрения. Если эти объекты проносятся мимо слишком быстро, система может сбиться с пути.
Поэтому для достижения более высокой максимальной скорости полета команда посылает Ingenuity команды на полет на больших высотах (инструкции отправляются вертолету перед каждым полетом), что позволяет дольше удерживать объекты в поле зрения. В ходе полета 61 был установлен новый рекорд высоты — 24 м. В ходе полета 62 Ingenuity установил рекорд скорости — 10 м/с и разведал место для работы научной группы ровера Perseverance.
Команда также экспериментировала с посадочной скоростью Ingenuity. Вертолет был спроектирован таким образом, чтобы касание поверхности происходило на скорости 1 м/с, что позволило бы бортовым датчикам легко подтвердить приземление и во время выключить роторы, на давая вертолету снова взлететь.
Вертолет, который приземляется медленнее, может быть спроектирован с более легким шасси. В ходе полетов 57, 58 и 59 вертолет Ingenuity смог приземлиться на скорости, на 25% меньшей, чем та, на которую он был изначально рассчитан.
«Полученные данные будут чрезвычайно полезны для уточнения наших аэромеханических моделей поведения винтокрылых аппаратов на Марсе», — говорит Браун. — «На Земле такие испытания обычно проводятся в первых нескольких полетах. Но наш вертолет будет работать не на Земле. Нужно быть очень осторожным, когда работаешь на таком расстоянии от ближайшей ремонтной мастерской».