Полеты Ingenuity становятся сложнее, но причина не в конструкции

На небольшой летальный аппарат, отправленный на Марс, ни кто не возлагал больших надежд. Демонстрационная технология оказалась успешной, и за первым полетом последовали другие. Но последующие запуски будут гораздо труднее, и отнюдь не по техническим причинам.

За месяцы, прошедшие с тех пор, как человечество поднялось над поверхностью другой планеты, мы многое узнали об управлении летальными аппаратами на Марсе. Инженеры подробно изучили сильные и слабые стороны Ingenuity, используя первые и работая над последними, чтобы использовать инопланетный дрон как высокоэффективную разведывательную платформу.

Благодаря полученным знаниям, полеты на Марсе во многих отношениях стали проще, чем это было вначале. Но в одном важном смысле это становится делать все труднее с каждым днем. Причина тому — плотностб атмосферы, которая и так была чрезвычайно низкой, а теперь продолжает падать из-за сезонных колебаний на Марсе.

Когда разрабатывали и тестировали Ingenuity на Земле, ожидалось, что миссия Ingenuity с пятью полетами будет завершена в течение первых нескольких месяцев после приземления Perseverance в феврале 2021 года. Поэтому инженеры подготовились к полетам с плотностью атмосферы от 0,0145 до 0,0185 кг/м3, что эквивалентно 1,2–1,5% плотности атмосферы Земли на уровне моря. Однако, когда Ingenuity работает уже шестой месяц, успел науступить сезон, когда плотность в кратере Езеро падает до еще более низких уровней. В ближайшие месяцы этот показатель составит всего 0,012 кг/м3 (1,0% плотности Земли) в дневные часы, которые предпочтительны для полета.

Разница может показаться небольшой, но она существенно влияет на способность Ingenuity летать. При нижнем расчетном пределе для плотности атмосферы (0,0145 кг/м3 ) у команды управления есть в распоряжении 30% мощности. Запас тяги — это избыточная тяга, которую Ingenuity может производить сверх того, что требуется для поддержки аппарата в воздухе. Эта дополнительная тяга необходима при взлете и подъеме, во время маневров, а также при картографировании местности с переменной высотой. Но если в ближайшие месяцы плотность атмосферы упадет до 0,012 кг/м3 , запас тяги может упасть до 8%, а это значит, что изобретательность будет работать близко к аэродинамическому срыву.

Полеты Ingenuity становятся сложнее, но причина не в конструкции

Источник: NASA/JPL-Caltech.

Вертолет NASA Ingenuity Mars Helicopter получил это изображение с помощью своей навигационной камеры во время 13-го полета 5 сентября 2021 года (193-й сол миссии марсохода Perseverance).

К счастью, есть способ решить эту проблему, но он включает в себя вращение роторов с большей скоростью, чем те, что были достигнуты в процессе тестирвоания. Такой подход потребует от всей команды более тщательной подготовки перед каждым полетом, ведь это — очередной шаг в неизвестность.

Лопасти Ingenuity начнут брать разгон еще до отрыва от поверхности Марса, до достижения максимальной скорости вращения ротора 2800 об/мин (увеличение более чем на 10% по сравнению с текущей "рабочей" нагрузкой 2537 об/мин). Если все пойдет согласно плану, то 14- й полет станет коротким тестовым запуском аппарата.

Подобное увеличение скорости связано с рядом потенциальных проблем. Одна из них связана с аэродинамикой: скорость ротора 2800 об/мин в сочетании с ветром и движением аппарата может привести к тому, что концы лопастей ротора столкнутся с воздухом со скоростью почти 0,8 Маха, то есть 80% скорости вращения ротора. Если концы лопастей достаточно приблизятся к скорости звука, они испытают очень большое увеличение аэродинамического сопротивления, которое было бы непозволительно для полета.

Другая потенциальная проблема — неизвестные резонансы в конструкции вертолета. В Ingenuity есть ряд элементов, которые могут приводить к сильным вибрациям при возбуждении на определенных частотах. Важно обеспечить отсутствие значительных резонансов при скорости вращения ротора, используемой для полета, поскольку это может привести к повреждению оборудования и ухудшению показаний датчиков, необходимых для системы управления полетом.

Дополнительные требования также будут предъявляться к нескольким компонентам конструкции Ingenuity: двигатели должны будут вращаться быстрее, электрическая система должна будет обеспечивать большую мощность, а вся система ротора должна будет выдерживать более высокие нагрузки, которые возникают при увеличении скорости вращения ротора. Все это создает значительную проблему, но, подойдя к проблеме медленно и методично, инжинеры надеются полностью проверить систему на более высоких скоростях вращения ротора и позволить Ingenuity продолжать летать в ближайшие месяцы.

Читайте также

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Открыт новый вид льда, способный объяснить тайны Нептуна и Урана

Ученые предложили печатать дома на Марсе из песка и дрожжей

Ученые предложили печатать дома на Марсе из песка и дрожжей

Почти 3000 взрывов звезд указали на то, что темная энергия меняется со временем

Почти 3000 взрывов звезд указали на то, что темная энергия меняется со временем

Меркурий сжимается быстрее, чем считали ученые

Меркурий сжимается быстрее, чем считали ученые

Астрономы обнаружили две молодые звезды, которые случайно «нашли друг друга» в космосе

Астрономы обнаружили две молодые звезды, которые случайно «нашли друг друга» в космосе

Ученые на самолете преследовали падающие спутники, чтобы изучить загрязнение атмосферы

Ученые на самолете преследовали падающие спутники, чтобы изучить загрязнение атмосферы

Луна могла сформироваться всего за несколько часов после столкновения Земли с Теей

Луна могла сформироваться всего за несколько часов после столкновения Земли с Теей

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

Стартап Hylenr Technologies заявил об обнаружении 32 элементов после эксперимента с ядерным синтезом

Anthropic заблокировала пять случаев использования Claude для потенциально опасных биологических исследований

Anthropic заблокировала пять случаев использования Claude для потенциально опасных биологических исследований

ИИ-агенты OpenAI тайно общались через сторонние сайты

ИИ-агенты OpenAI тайно общались через сторонние сайты