Вы можете подумать, что полет на вертолете по Марсу - диковинная, дико невероятная идея. В конце концов, вертолеты достигают подъемной силы, отклоняя воздушный поток лопастями ротора, как объясняется в этом справочнике Федерального авиационного управления. А на Марсе не так много воздуха для этого. Его тонкая атмосфера, по сути, составляет менее 1 процента от объема атмосферы на Земле.
Ну, если вы думаете, что это невозможно сделать, НАСА докажет, что вы ошибаетесь. Когда космическое агентство запустит свой новый марсоход Mars 2020 для путешествия на красную планету в июле 2020 года, к нему будет прикреплен Mars Helicopter, миниатюрный роботизированный летательный аппарат. Экспериментальный вертолет, находящийся на завершающей стадии испытаний, весит чуть меньше 4 фунтов (1,5 кг).8 кг), а его лезвия имеют длину около 4 футов (1,2 метра) от кончика до кончика. Исследователи НАСА надеются, что это совершит первый в истории полет самолета тяжелее воздуха на красную планету.
На самом деле НАСА уже несколько десятилетий работает над созданием вертолета, который мог бы летать на Марсе, как объясняет по электронной почте Боб Баларам, главный инженер проекта в Лаборатории реактивного движения НАСА недалеко от Пасадены, Калифорния. Но решение всех технических задач оказалось непростой задачей.
" Марсианский вертолет должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать путешествие на Марс (высокие перегрузки, вибрация и т. д.) и условия окружающей среды, с которыми он столкнется в космосе и по прибытии (ночной холод и т. д.), - говорит Баларам. «Конструкция таких транспортных средств также должна учитывать уникальную аэродинамику в разреженной марсианской атмосфере, что налагает серьезные ограничения по массе на конструкцию транспортного средства. Соответствовать этим жестким ограничениям по массе стало возможным только недавно, с появлением легкой электроники (е.г. компоненты сотовых телефонов) и аккумуляторные технологии (например, литий-ионные элементы)."
Чтобы достичь подъемной силы в атмосфере, которая эквивалентна высоте 100 000 футов (30 400 метров) на Земле, что более чем в два раза превышает максимальную высоту, которую вертолеты достигают на этой планете, - марсианский вертолет лопасти будут вращаться со скоростью 2 300-2 900 оборотов в минуту, что примерно в 10 раз быстрее, чем у земных вертолетов.
Но достижение подъемной силы - это лишь одна из вещей, с которыми должен справляться коптер. По данным Space.com, он также должен быть в состоянии выжить при крайне низких ночных температурах Марса, которые могут опускаться до минус 100 градусов по Фаренгейту (минус 73 градуса по Цельсию). И он должен иметь возможность перезаряжаться, что достигается с помощью встроенной солнечной панели. А из-за задержки в передаче электронных инструкций с Земли человек с джойстиком не может управлять им дома. Вместо этого он будет полагаться на бортовые датчики.
Отряд миссии «Марс 2020» предназначен для демонстрации того, что полеты на Марс возможны, а не для проведения других исследований. Но если это сработает, как планировалось, будущие вертолеты будут больше и мощнее. «Конкретная конструкция, выбранная для технологического демонстратора (соосные роторы, вращающиеся в противоположных направлениях), должна была максимизировать производительность доступного пространства на марсоходе Mars 2020», - говорит Баларам. «Научные вертолеты следующего поколения будут использовать многороторные конфигурации с грузоподъемностью от 0,5 до 2 кг (от 1,1 до 4,4 фунта). Размеры транспортных средств обычно могут быть в диапазоне от 20 до 30 кг (от 44 до 66 фунтов). Основное ограничение будет состоять в том, чтобы упаковать лопасти ротора и всю систему в конфигурацию, совместимую с конструкциями спускаемых аппаратов для Марса».
Вертолеты и другие типы летательных аппаратов могут быть чрезвычайно полезны для будущих исследований Марса, особенно если они развернуты вместе с роботизированными марсоходами на поверхности планеты.
" В частности, они хорошо подходят для перемещения камер, сенсоров и других инструментов в местности, которые слишком экстремальны или нестабильны для наземных марсоходов - наклонные склоны, скалы, очень неровная, усыпанная валунами местность, чрезвычайно мягкие почвы и т. д.», - объясняет по электронной почте Дэйв Лавери, руководитель программы исследования Солнечной системы в Отделе планетарных наук НАСА. «Летающие платформы также могут позволить использовать датчики на относительно больших участках местности, на покрытие которых марсоходу или, в конечном итоге, человеку потребуется непомерно много времени», например, получение подробных сканов участков площадью 100 акров (40 гектаров). на марсианской поверхности. «Они также будут полезны для перевозки небольших полезных грузов, таких как развертывание небольших инструментов в области, представляющей научный интерес, или извлечение образцов и их возвращение в центральное хранилище для анализа».
Вы можете подумать, что орбитальные спутниковые снимки Марса сделают ненужными аэрофотосъемку марсианской поверхности, но самолет, летящий на более низкой высоте, мог бы делать снимки с еще более высоким разрешением и собирать другие полезные данные, которые инструменты спутника не мог справиться. Спутниковые технологии «ограничены, когда требуется детальный обзор определенного региона крупным планом», объясняет Лавери. «Предоставляя возможность управлять камерой или датчиком на высоте нескольких десятков или сотен метров над поверхностью вместо сотен километров, атмосферные платформы могут обеспечить очень подробные изображения отдельных регионов планеты».
Вертолеты могут помочь будущим колонистам на красной планете. «Дополнительные задачи, которые может выполнять марсианский вертолет, включают доставку предметов первой необходимости или запчастей для ремонта», - объясняет Дейл Скран в электронном письме. Он является председателем исполнительного комитета Национального космического общества, некоммерческой организации, выступающей за развитие и заселение космоса. «Однако, пожалуй, самым значительным преимуществом могут быть сверхвысококачественные мультиспектральные изображения для поддержки поиска ресурсов, необходимых будущим марсианским поселенцам».
Скран представляет будущие поколения коптеров с более совершенными возможностями.«Полностью или в основном автономный вертолет в сочетании с анализом данных на основе искусственного интеллекта обеспечивает быстрое исследование и оценку потенциальных ресурсов на Марсе с минимальным вмешательством человека», - говорит он. «Это очень важно, поскольку в первые дни марсианских исследований и заселения человеческий труд будет в дефиците».
Лавери отметил, что роботы-коптеры также могут выступать в качестве передовых разведчиков как для марсоходов, так и для астронавтов, исследующих марсианскую поверхность. По его словам, изучая местность и предоставляя визуальный предварительный просмотр, «эти разведчики повысят эффективность и безопасность наземных операций, исключив из рассмотрения опасные или неэффективные пути и избегая «тупиков», которые не могут быть идентифицированы орбитальными спутниками».
Интересно
Марсианский вертолет, способный перевозить астронавтов, был предложен еще в середине 1960-х годов. Вот иллюстрация концепции.