Марсианский курган с точки зрения вертолета Ingenuity в 3D: Этот трехмерный вид каменного холма под названием «Файльфё» был создан на основе данных, собранных марсианским вертолетом Ingenuity НАСА во время его 13-го полета на Марс 4 сентября 2021 года. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех.
Впервые в истории две планеты стали местом испытаний будущих конструкций самолетов. В этом мире новый ротор, который можно будет использовать с марсианскими вертолетами следующего поколения, недавно был испытан в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии и вращался с почти сверхзвуковой скоростью (0,95 Маха). Тем временем марсианский вертолет Ingenuity установил новые рекорды высоты и скорости на Красной планете в рамках экспериментальных летных испытаний.
«Наши испытания марсианского вертолета следующего поколения в буквальном смысле взяли лучшее из обоих миров», — сказал Тедди Цанетос, руководитель проекта Ingenuity и менеджер по вертолетам для сбора образцов с Марса. «Здесь, на Земле, у вас есть все инструменты и практические возможности, на которые вы можете надеяться при тестировании новых компонентов самолета. На Марсе у вас есть настоящие внеземные условия, которые вы никогда не сможете по-настоящему воссоздать здесь, на Земле». Это включает в себя тонкую атмосферу и значительно меньшую гравитацию, чем на Земле.
Лопасти ротора из углеродного волокна следующего поколения, которые проходят испытания на Земле, почти на 4 дюйма (более 10 сантиметров) длиннее, чем у Ingenuity, имеют большую прочность и другую конструкцию. НАСА считает, что эти лопасти могут стать основой для более крупных и мощных марсианских вертолетов. Проблема заключается в том, что по мере того, как кончики лопастей достигают сверхзвуковых скоростей, вызывающая вибрацию турбулентность может быстро выйти из-под контроля.
Чтобы найти пространство, достаточно большое для создания марсианской атмосферы на Земле, инженеры обратились к космическому симулятору Лаборатории реактивного движения шириной 25 футов и высотой 85 футов (8 на 26 метров) — месту, где Сюрвейер, Вояджер и Кассини впервые ощутил космическую среду. В течение трех недель в сентябре команда следила за датчиками, счетчиками и камерами, пока лопасти выдерживали пробег за пробегом на все более высоких скоростях и с большими углами наклона.
«Мы раскрутили наши лопасти до 3500 об/мин, что на 750 оборотов в минуту быстрее, чем у лопастей Ingenuity», — сказал Тайлер Дель Сесто, заместитель руководителя испытаний вертолета для восстановления образцов в Лаборатории реактивного движения. «Эти более эффективные лопасти теперь представляют собой нечто большее, чем просто гипотетическое упражнение. Они готовы к полету».
Примерно в то же время, примерно в 100 миллионах миль (161 миллион километров) от нас, Ingenuity было приказано попробовать то, что команда Mars Helicopter даже не предполагала, что им удастся сделать.
Четвертое скальное летное испытание
Первоначально планировалось, что Ingenuity будет летать не более пяти раз. С момента своего первого полета, внесенного в журнал миссии более двух с половиной лет назад, вертолет превысил запланированный 30-дневный полет в 32 раза и совершил 66 полетов. Каждый раз, когда Ingenuity поднимается в воздух, он охватывает новые территории, открывая перспективу, которую не могла достичь ни одна предыдущая планетарная миссия. Но в последнее время Team Ingenuity запускает свой винтокрылый аппарат на солнечной энергии, как никогда раньше.
«За последние девять месяцев мы удвоили максимальную скорость полета и высоту, увеличили скорость вертикального и горизонтального ускорения и даже научились медленнее приземляться», — сказал Трэвис Браун, главный инженер Ingenuity в JPL. «Расширение конверта предоставляет бесценные данные, которые могут быть использованы разработчиками миссий для будущих вертолетов на Марс».
Ограниченные доступной энергией и температурой двигателя, полеты Ingenuity обычно длятся около двух-трех минут. Хотя вертолет может преодолеть большую территорию за один полет, летя быстрее, слишком быстрый полет может сбить с толку бортовую навигационную систему. Система использует камеру, которая распознает камни и другие элементы поверхности, когда они проходят через ее поле зрения. Если эти функции будут выполняться слишком быстро, система может сбиться с пути.
Таким образом, чтобы достичь более высокой максимальной путевой скорости, команда отправляет Ingenuity команды летать на большей высоте (инструкции отправляются вертолету перед каждым полетом), что позволяет дольше держать объекты в поле зрения. Рейс 61 установил новый рекорд высоты в 78,7 футов (24 метра), проверяя характер марсианского ветра. С помощью рейса 62 компания Ingenuity установила рекорд скорости в 22,3 мили в час (10 метров в секунду) и нашла место для научной группы марсохода Perseverance.
Команда также экспериментировала со скоростью приземления Ingenuity. Вертолет был спроектирован так, чтобы контактировать с поверхностью на относительно быстрой скорости 2,2 мили в час (1 миля в секунду), поэтому его бортовые датчики могли легко подтвердить приземление и отключить несущие винты, прежде чем он сможет отскочить обратно в воздух.
Вертолет, который приземляется медленнее, может быть спроектирован с более легким шасси. Итак, на рейсах 57, 58 и 59 они устроили ему настоящий фурор, продемонстрировав, что Ingenuity может приземляться на скорости на 25% медленнее той, на которую он изначально был рассчитан.
На этом марсианин Чак Йегер не закончился. Ожидается, что в декабре, после соединения с Солнцем, Ingenuity совершит два высокоскоростных полета, во время которых он выполнит специальный набор углов тангажа и крена, предназначенный для измерения его характеристик.
«Эти данные будут чрезвычайно полезны для точной настройки наших аэромеханических моделей поведения винтокрылых аппаратов на Марсе», — сказал Браун. «На Земле такие испытания обычно проводятся во время первых нескольких полетов. Но мы летаем не там. Вы должны быть немного более осторожными, когда летаете так далеко от ближайшей ремонтной мастерской, потому что вы не у меня не будет никаких переделок».
