Лопасти роторов, которые поднимут марсианские вертолеты нового поколения на невиданные высоты, достигли исторического рубежа — они успешно преодолели звуковой барьер. Во время испытаний в Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) в Калифорнии инженеры доказали, что кончики лопастей способны разгоняться до скорости более 1 Маха без негативного влияния на их конструкцию.
Эксперименты, состоявшие из 137 запусков, проходили в специальной барокамере, которая точно имитировала суровые условия окружающей среды Красной планеты. Собранные данные позволят создать летательные аппараты, способные нести значительно более тяжелую полезную нагрузку, превращая их из простых разведчиков в полноценные научные станции.
Скорость звука на Марсе
Полет на Марсе — одна из самых сложных инженерных задач в истории космонавтики. По словам руководителя программы исследования Марса в JPL Аль Чена, хотя предыдущий аппарат Ingenuity показал отличные результаты, от нового поколения дронов требуют гораздо большего.
Главное препятствие заключается в атмосфере: ее плотность составляет всего 1 % от земной. Чтобы создать достаточную подъемную силу в таких разреженных условиях и преодолеть ощутимую гравитацию планеты, инженерам приходится действовать агрессивно. И если на Земле роторам достаточно просто «толкать» плотный воздух, не приближаясь к звуковому барьеру, то на Марсе лопасти необходимо разгонять до сверхзвуковых скоростей. При этом стоит помнить, что из-за холодной атмосферы, насыщенной углекислым газом, скорость звука на Марсе составляет около 869 км/ч, тогда как на Земле — примерно 1223 км/ч.
От пионера Ingenuity до мощного SkyFall
Легендарный вертолет Ingenuity, совершивший первый управляемый полет в апреле 2021 года, был пионером. Это была демонстрация технологий, не имевшая на борту тяжелых научных приборов. Чтобы избежать непредсказуемой аэродинамики во время внезапных марсианских ветров, скорость его роторов сознательно ограничивали на уровне 2700 об/мин, что составляло около 0,7 Маха.
Однако будущие миссии требуют большей производительности. Проект SkyFall, анонсированный агентством, предусматривает доставку на Марс трех новых вертолетов в декабре 2028 года. Благодаря низковысотной воздушной разведке они будут собирать данные для поддержки будущих миссий с участием людей и роботов.
Экстремальные испытания в симуляторе
Чтобы проверить новые конструкции роторов от компании AeroVironment, команда инженеров во главе с Яакко Каррасом поместила трехлопастной винт в космический симулятор. Воздух из камеры откачали и заменили углекислым газом.
Испытания были настолько рискованными, что стенки камеры обшили листовым металлом на случай разрушения лопастей. Наблюдая с безопасного расстояния, команда фиксировала результаты.
- При частоте 3750 об/мин концы лопастей достигли скорости 0,98 Маха.
- После добавления искусственного встречного ветра скорость на кончиках выросла до впечатляющих 1,08 Маха.
- Впоследствии протестировали и более длинный, двухлопастной ротор для аппарата SkyFall. Благодаря своим габаритам он достиг сверхзвуковых показателей уже при 3570 об/мин.
Как отмечает аэродинамик из Исследовательского центра имени Эймса NASA Шанна Витроу-Мазер, команда надеялась достичь хотя бы скорости 1,05 Маха, но реальность превзошла ожидания.
Преодоление этого звукового барьера позволило повысить подъемную способность марсианского аппарата на 30 %. Этот запас тяги открывает возможности для установки на новые вертолеты тяжелых батарей для длительных полетов и самых современных научных датчиков. Анализ данных продолжается, но уже сейчас ясно: марсианские вертолеты следующего поколения станут настоящим технологическим чудом.
Ранее мы рассказывали о том, как дрон Dragonfly будет летать на Титане благодаря ядерной батарее.
По материалам phys.org
