Как обстоят дела у марсолёта?
Небольшой вертолётный дрон уже точно будет помогать марсоходу NASA исследовать красную планету в 2021 году.
Идея запустить что-нибудь летающее на Марсе появилась уже не год и не два назад. Ещё в 2014 году инженеры НАСА представили проект небольшого автономного вертолётного дрона, предназначенного для непродолжительных полётов. И за прошедшие пять лет марсолёт прошёл путь от идеи до уже готового прототипа, испытания которого находятся на заключительной стадии, как сообщает нам лаборатория реактивного движения НАСА. Почему разработка небольшого дрона заняла столько времени, и для чего он нужен?
Начнём с ответа на второй вопрос. Дрон на Марсе – это не только очевидная демонстрация технологий из серии «смотрите, как мы можем», но и полезное подспорье для исследования. Основная научная нагрузка марсианских миссий сейчас лежит на роверах или, если по-нашему, марсоходах. Если самые первые аппараты были весьма скромных размеров и оснащения, то современные марсоходы – это уже настоящие лаборатории на колёсах, массой с небольшой автомобиль. Например, планируемая к запуску летом следующего года миссия Марс-2020 включает в себя ровер массой более одной тонны (для сравнения масса аппарата «Соджонер», доставленного на Марс в 1997 году, была всего лишь 11.5 кг). Однако и для миниатюрного, и для солидных размеров марсохода есть одна общая проблема – они не всегда хорошо «видят», куда нужно ехать.
Дело в том, что фотографии Марса, полученные с орбитальных аппаратов, не позволяют рассмотреть поверхность планеты в деталях. Сам же марсоход хорошо «видит» всё, что попадает в поле зрения его камер, но не знает в точности, «что там, за углом». Особенно это актуально для рельефа с холмами и впадинами, где за складками местности могут скрываться непреодолимые препятствия. Поэтому у исследователей возникла идея заполнить этот информационный «пробел» с помощью небольшого летающего дрона-разведчика, который фотографировал бы предполагаемый маршрут и помогал операторам на Земле корректировать движение марсохода.
Однако, несмотря на то, что на Земле летающие дроны уже давно превратились в детские игрушки, сконструировать марсианский дрон оказалось не так просто. Условия Марса очень отличаются от земных, поэтому физика полёта, а следом и конструкция аппарата будут заметно другими.
С одной стороны, на Марсе разряжённая атмосфера – её плотность примерно в сто раз меньше земной, а значит, и эффективность работы винта будет сильно меньше. С другой – сила тяжести на Марсе меньше, поэтому марсианскому аппарату взлететь будет несколько легче. И из этого проистекает ещё одна проблема – невозможность полностью смоделировать марсианские условия на Земле: если низкое давление, температуру и даже состав атмосферы можно воссоздать в специальной барокамере, то уменьшить гравитацию не получится никак.
Можно, конечно, симулировать эффект низкой гравитации уменьшением массы дрона (например, вместо тяжёлых аккумуляторных батарей подавать питание по лёгким проводам) или с помощью управляемого подвеса, но эти действия всё равно будут вносить свои искажения в истинную динамику аппарата, что может преподнести сюрпризы в реальных условиях.
Поэтому, когда мы берём дрон, способный летать на Земле, и пытаемся на его основе сделать марсианский вариант, мы фактически конструируем аппарат с нуля. Взять тот же винт – чтобы создавать нужную подъёмную силу, он должен быть большим и вращаться быстро. Но тут всплывает новая проблема – быстро вращающийся винт в разряжённой атмосфере становится подвержен деформирующим колебаниям, которые в обычных условиях «гасились» бы более плотным воздухом.
Делаем винт супержёстким из композитных материалов – и получаем нестабильность полёта при боковом ветре, а погода, как мы знаем, на Марсе бывает самая разная. В итоге конструкторам приходится нащупывать такие коридоры стабильности, в которых дрон мог бы безопасно летать, попутно решая множество других задач. При этом дрон должен уметь всё делать сам – взлетать, лететь и садиться ему придётся полностью в автономном режиме, потому что сигнал с Марса до Земли и обратно будет идти дольше, чем займёт время одного полёта (немногим больше минуты).
Именно поэтому тестирование марсолёта массой 1.8 килограмма, который не несёт никакого научного оборудования (если за такое не считать камеру для съёмки поверхности), заняло так много времени, и только в мае этого года было принято окончательное решение о включении его в будущую миссию «Марс-2020». При этом сами конструкторы аппарата вполне обоснованно говорят, что несмотря на все их усилия и испытания на Земле, окончательные ответ на вопрос, будет ли дрон летать, смогут быть получены только на Марсе.
Если всё пойдёт по плану, то запуск ракеты с марсоходом и дроном произойдёт летом следующего года, а уже зимой 2021 года спускаемый модуль доставит аппараты в кратер Езеро. Основной задачей марсохода будет исследования и поиск возможных следов жизни. От дрона же требуется только совершить маленький пробный полёт, который, вполне возможно, станет большим шагом на пути исследования и освоения Марса.
По материалам phys.org
10 июня 2019
Статьи по теме:
