Лопасти нового марсианского вертолета разогнали до гиперзвука в испытаниях
«NASA отлично поработала с марсианским вертолетом Ingenuity, но от следующего поколения аппаратов мы хотим гораздо большего», — говорит Эй Эл Чен, руководитель программы Mars Exploration в Лаборатории реактивного движения (JPL) в Калифорнии. — «На Марсе все сложно, а летать там — сложнее всего, потому что атмосфера там очень разреженная, но при этом гравитация все еще значительная».
Ingenuity, совершивший первый в истории управляемый полет на другой планете 19 апреля 2021 года, был лишь технологической демонстрацией и не нес научных инструментов. Будущие аппараты, в том числе, участвующие в недавно анонсированной миссии SkyFall, должны будут перевозить полезный груз — датчики, камеры, приборы для изучения местности с малой высоты и поддержки будущих роботических и пилотируемых экспедиций.
Это непростая задача: атмосфера на Марсе примерно в 100 раз менее плотная, чем на Земле, и для заметной силы подъема кончики лопастей должны вращаться примерно со скоростью звука. При этом скорость звука на Марсе ниже земной — порядка 540 км/ч из‑за холодной и разреженной углекислотной атмосферы.
Команда Ingenuity сознательно ограничивала частоту вращения до 2700 оборотов в минуту, чтобы не рисковать: скорость вращения кончиков лопастей составляла около 0,7 числа Маха, и даже порыв ветра не должен был перевести их в сверхзвук. Для нового поколения вертолетов инженерам понадобилось убедиться, что можно безопасно зайти дальше.
Для этого инженеры JPL создали специальную камеру-симулятор, внутри которой воспроизвели условия на Красной планете — заменили воздух разреженным углекислым газом. Сначала трехлопастной ротор, разработанный компанией AeroVironment, раскручивали в неподвижном газе, затем включили вентилятор, создающий «встречный» ветер, увеличивая и обороты, и скорость потока от прогона к прогону. На случай разрушения лопастей стенки камеры обшили металлом.
Всего провели 137 прогонов. На пике трехлопастной ротор раскрутили до 3750 об/мин, при этом кончики сначала вышли на околозвуковую скорость (0,98 Маха), а затем, с учетом встречного ветра, достигли примерно 1,08 Маха. Это на 30% увеличило потенциальную подъемную силу по сравнению с прежними ограничениями — важный резерв для более высоких полезных нагрузок.
Отдельные испытания прошел и двухлопастной ротор для миссии SkyFall: будучи чуть длиннее, он вышел на те же околозвуковые скорости уже при 3570 об/мин, после чего также подвергался «обстрелу» встречным потоком.
«Успешные испытания этих роторов — важный шаг к полетам в более жестких условиях, что критично для аппаратов следующего поколения», — отмечает аэродинамик NASA Шанна Уизроу-Мейзер. — «Мы думали, что нам повезет, если мы дотянемся до 1,05 Маха, а в последних прогонах добрались до 1,08. Мы все еще анализируем данные — возможно, там еще есть запас тяги».
Результаты уже учтены в проектировании миссии SkyFall. По замыслу, она отправится к Марсу в декабре 2028 года и доставит на Красную планету сразу три новых вертолета, которые продолжат начатую Ingenuity революцию в низковысотной авиационной разведке другой планеты.
Ранее стало известно, что NASA создает ядерный реактор для Луны и Марса.
