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

Астрономы выяснили, что черные дыры выбрасывают обратно почти половину поглощенного вещества

Астрономы выяснили, что черные дыры выбрасывают обратно почти половину поглощенного вещества

Ученые выяснили возможное происхождение трех спутников Нептуна — всему виной Тритон

Ученые выяснили возможное происхождение трех спутников Нептуна — всему виной Тритон

Китай предложил новый способ защиты Земли от астероидов с помощью ядерного взрыва

Китай предложил новый способ защиты Земли от астероидов с помощью ядерного взрыва

Самые завораживающие экзопланеты, известные человечеству: миры, которые меняют представление о Вселенной

Самые завораживающие экзопланеты, известные человечеству: миры, которые меняют представление о Вселенной

Искусственный интеллект помог астрономам обнаружить редкие квазары-гравитационные линзы

Искусственный интеллект помог астрономам обнаружить редкие квазары-гравитационные линзы

«Роскосмос» раскрыл секрет эффектных снимков старта ракеты «Союз» без пересвета

«Роскосмос» раскрыл секрет эффектных снимков старта ракеты «Союз» без пересвета

NASA отправит два зонда CAPSTONE 02 к Луне для испытаний будущих миссий Artemis

NASA отправит два зонда CAPSTONE 02 к Луне для испытаний будущих миссий Artemis

Астрономы измерили точный размер IC 1101 – самой большой из известных галактик

Астрономы измерили точный размер IC 1101 – самой большой из известных галактик

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Возможно ли клонировать неандертальца? Мифы, технологические возможности и биоэтика

Возможно ли клонировать неандертальца? Мифы, технологические возможности и биоэтика

Во Вселенной больше звезд, чем песчинок на Земле. И это не преувеличение

Во Вселенной больше звезд, чем песчинок на Земле. И это не преувеличение

Что NASA готовит после МКС: самые амбициозные космические миссии ближайших лет

Что NASA готовит после МКС: самые амбициозные космические миссии ближайших лет

Ученые нашли новый способ ослабить травматические воспоминания при ПТСР, не стирая память

Ученые нашли новый способ ослабить травматические воспоминания при ПТСР, не стирая память

Технический директор Microsoft запустил Doom внутри MS Paint — игра работает с частотой до 35 FPS

Технический директор Microsoft запустил Doom внутри MS Paint — игра работает с частотой до 35 FPS

Google показала Pixel 11 Pro Fold в новом тизере перед официальной презентацией

Google показала Pixel 11 Pro Fold в новом тизере перед официальной презентацией

Создатель первой советской атомной бомбы разработает оборудование для производства российских чипов

Создатель первой советской атомной бомбы разработает оборудование для производства российских чипов