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

Илон Маск подтвердил планы SpaceX построить роботизированные заводы на Луне

Илон Маск подтвердил планы SpaceX построить роботизированные заводы на Луне

NASA нашло способ продлить работу Voyager 2: легендарный зонд сможет дольше исследовать межзвездное пространство

NASA нашло способ продлить работу Voyager 2: легендарный зонд сможет дольше исследовать межзвездное пространство

NASA показало мини-вертолеты SkyFall с необычными «плащами» для поиска льда на Марсе

NASA показало мини-вертолеты SkyFall с необычными «плащами» для поиска льда на Марсе

От «Луны-2» до Falcon 9: как человечество уже более 65 лет врезается в Луну

От «Луны-2» до Falcon 9: как человечество уже более 65 лет врезается в Луну

Южнокорейский зонд Danuri нашел кратер от падения ступени Falcon 9 на Луну

Южнокорейский зонд Danuri нашел кратер от падения ступени Falcon 9 на Луну

Астрономы впервые зафиксировали гибель массивной звезды по слабой рентгеновской вспышке

Астрономы впервые зафиксировали гибель массивной звезды по слабой рентгеновской вспышке

Марсианская пыль: почему именно она может стать главным врагом первых людей на Марсе

Марсианская пыль: почему именно она может стать главным врагом первых людей на Марсе

NASA и Южная Корея ищут место падения ракеты SpaceX на Луне после столкновения на скорости почти 8700 км/ч

NASA и Южная Корея ищут место падения ракеты SpaceX на Луне после столкновения на скорости почти 8700 км/ч

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

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

Аллергия: каковы причины возникновения, и какие капли от аллергии действительно помогут?

Аллергия: каковы причины возникновения, и какие капли от аллергии действительно помогут?

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Отказ от сахара – не панацея: показатели сердца и веса за полгода не улучшились

Отказ от сахара – не панацея: показатели сердца и веса за полгода не улучшились

Названа реальная продолжительность тренировок, чтобы снизить риск инфаркта на треть

Названа реальная продолжительность тренировок, чтобы снизить риск инфаркта на треть

Российские ученые создали метод дешевой печати золотых наноструктур для фотоники

Российские ученые создали метод дешевой печати золотых наноструктур для фотоники

Искусство возрастом 40 000 лет: фигурки птиц ледникового периода найдены в Германии

Искусство возрастом 40 000 лет: фигурки птиц ледникового периода найдены в Германии