Οι μηχανικοί θα πάνε πέρα από τα όρια της Γης για να βρουν περισσότερη απόδοση για τα μελλοντικά ελικόπτερα του Άρη. Για πρώτη φορά στην ιστορία, δύο πλανήτες έχουν φιλοξενήσει δοκιμές μελλοντικών σχεδίων αεροσκαφών. Σε αυτόν τον κόσμο, ένας νέος στρόβιλος που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ελικόπτερα του Άρη της επόμενης γενιάς δοκιμάστηκε πρόσφατα στο Εργαστήριο Τζετ Προπάλσιον της NASA (JPL) στη Νότια Καλιφόρνια, περιστρέφοντας σε κοντινές ταχύτητες προς την υπερηχητική (0,95 Μαχ). Παράλληλα, το ελικόπτερο Ingenuity της NASA έχει επιτύχει νέα υψόμετρα και ταχύτητες στον Κόκκινο Πλανήτη στο πλαίσιο πειραματικών δοκιμών πτήσης.
Ingenuity: Γέφυρα μεταξύ Γης και Άρης
“Τα τεστ των ελικοπτέρων μας για τον Άρη της επόμενης γενιάς είχαν κυριολεκτικά το καλύτερο και από τα δύο κόσμους”, δήλωσε ο Teddy Tzanetos, διευθυντής του Ingenuity και υπεύθυνος για τα Ελικόπτερα Ανάκτησης Δειγμάτων του Άρη. “Εδώ στη Γη, έχετε όλα τα μέσα μέτρησης και την άμεση ανταπόκριση που θα μπορούσατε να ελπίσετε κατά τη δοκιμή νέων μερών αεροσκαφών. Στον Άρη, έχετε τις πραγματικές συνθήκες εκτός προκειμένου που δεν θα μπορούσατε ποτέ πραγματικά να αναπαραστήσετε εδώ στη Γη.” Αυτό περιλαμβάνει έναν αέρα που είναι σχεδόν αόρατος και σημαντικά λιγότερη βαρύτητα από αυτήν της Γης.
Η προηγμένη τεχνολογία των ρότορων για την εξερεύνηση του Άρη
Οι λεπίδες των ρότορων από άνθρακα νέας γενιάς που δοκιμάζονται στη Γη είναι σχεδόν 4 ίντσες (περισσότερο από 10 εκατοστά) μακρύτερες από την Ingenuity, με μεγαλύτερη αντοχή και διαφορετικό σχεδιασμό. Η NASA πιστεύει ότι αυτές οι λεπίδες θα μπορούσαν να επιτρέψουν μεγαλύτερα και πιο ικανά ελικόπτερα για τον Άρη. Η πρόκληση είναι ότι, καθώς οι άκρες των λεπίδων πλησιάζουν τις υπερηχητικές ταχύτητες, οι ταραχές που προκαλούν δόνηση μπορούν γρήγορα να ξεφύγουν από τον έλεγχο.
Προσομοίωση συνθηκών του Άρη στη Γη
Για να βρουν έναν χώρο αρκετά μεγάλο ώστε να δημιουργήσουν μια ατμόσφαιρα του Άρη στη Γη, οι μηχανικοί αναζήτησαν στον χώρο προσομοίωσης του JPL, έναν χώρο διαστάσεων 25 ποδών πλάτος, 85 ποδών ύψους (8 μέτρα πλάτος, 26 μέτρα ύψος) – ένα μέρος όπου τα Surveyor, Voyager και Cassini γνώρισαν τις πρώτες εκτεταμένες συνθήκες παρόμοιες με αυτές του διαστήματος. Για τρεις εβδομάδες τον Σεπτέμβριο, μια ομάδα παρακολούθησε αισθητήρες, μετρητές και κάμερες ενώ οι λεπίδες αντιμετώπιζαν συνεχείς δοκιμές σε όλο και υψηλότερες ταχύτητες και μεγαλύτερες γωνίες αναπτύξεων.
“Επιστρέψαμε τις λεπίδες μας στις 3.500 σ.σ., που είναι 750 περιστροφές το λεπτό πιο γρήγορα από ό,τι έχουν φτάσει οι λεπίδες της Ingenuity,” είπε ο Tyler Del Sesto, αναπληρωτής διευθυντής δοκιμών του Ελικοπτέρου Ανάκτησης Δειγμάτων στο JPL. “Αυτές οι πιο αποδοτικές λεπίδες δεν είναι πλέον απλώς μια υποθετική ασκήση. Είναι έτοιμες να πετάξουν.”
Περίπου την ίδια περίοδο, και περίπου 100 εκατομμύρια μίλια (161 εκατομμύρια χιλιόμετρα) μακριά, η Ingenuity είχε προγραμματιστεί να δοκιμάσει πράγματα που η ομάδα του Ελικοπτέρου του Άρη δεν περίμενε ποτέ ότι θα είχαν την ευκαιρία να κάνουν.
Παρά τις προβλεπόμενες επιτυχίες της Ingenuity
Αρχικά, η Ingenuity είχε προγραμματιστεί να πετάξει όχι περισσότερο από πέντε φορές. Με την πρώτη πτήση της να καταγράφεται στο ημερολόγιο αποστολής πριν από περίπου δυο μισή χρόνια, το ελικόπτερο έχει υπερβεί την προγραμματισμένη του αποστολή 32 φορές και έχει πετάξει 66 φορές. Κάθε φορά που η Ingenuity αναχωρεί, καλύπτει νέο έδαφος, προσφέροντας μια οπτική γωνία που καμία προηγούμενη διαστημική αποστολή δεν θα μπορούσε να επιτύχει. Πρόσφατα, ωστόσο, η ομάδα της Ingenuity έχει βγάλει το ηλιακά κινούμενο ελικόπτερο τους σε περιστροφή όπως ποτέ πριν.
“Τα τελευταία εννέα μήνες, διπλασιάσαμε τη μέγιστη ταχύτητά μας και το ύψος πτήσης, αυξήσαμε το ρυθμό της κάθετης και οριζόντιας επιτάχυνσης και μάθαμε ακόμη να προσγειωνόμαστε αργότερα,” δήλωσε ο Travis Brown, κύριος μηχανικός της Ingenuity στο JPL. “Η διεύρυνση του πεδίου εφαρμογής παρέχει ανεκτίμητα δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους σχεδιαστές της αποστολής για μελλοντικά ελικόπτερα στον Άρη.”
Αντιμετώπιση των προκλήσεων της πτήσης στον Άρη Περιορισμένη από τη διαθέσιμη ενέργεια και τις θερμοκρασίες του κινητήρα, οι πτήσεις της Ingenuity κρατούν συνήθως περίπου δύο έως τρία λεπτά. Παρόλο που το ελικόπτερο μπορεί να καλύψει περισσότερο έδαφος σε μια μόνο πτήση πετώντας πιο γρήγορα, το πολύ γρήγορο πέταγμα μπορεί να μπερδέψει το σύστημα πλοήγησης στο εσωτερικό του ελικοπτέρου. Το σύστημα χρησιμοποιεί μια κάμερα που αναγνωρίζει βράχους και άλλα χαρακτηριστικά της επιφάνειας καθώς κινούνται στο πεδίο της ορατότητάς του. Εάν αυτά τα χαρακτηριστικά κινηθούν πολύ γρήγορα, το σύστημα μπορεί να χάσει τον δρόμο του.
Έτσι, για να επιτύχει μια υψηλότερη μέγιστη ταχύτητα στο έδαφος, η ομάδα στέλνει εντολές στην Ingenuity να πετάξει σε μεγαλύτερα ύψη (οδηγίες που στέλνονται στο ελικόπτερο πριν από κάθε πτήση), το οποίο διατηρεί τα χαρακτηριστικά στο πεδίο ορατότητας για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Η πτήση 61 καθιέρωσε ένα νέο ύψος ρεκόρ των 78.7 ποδιών (24 μέτρων) ενώ ελέγχοντας τα μοτίβα του ανέμου στον Άρη. Με την πτήση 62, η Ingenuity έθεσε ένα ρεκόρ ταχύτητας των 22.3 μιλίων την ώρα (10 μέτρα ανά δευτερόλεπτο) – και εξερεύνησε έναν τόπο για την ομάδα επιστημόνων του ροβέρ Perseverance.
Η ομάδα επίσης δοκίμασε την ταχύτητα προσγείωσης της Ingenuity. Το ελικόπτερο σχεδιάστηκε να έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια με σχετικά γρήγορη ταχύτητα 2,2 mph (1 mps) ώστε οι αισθητήρες του να επιβεβαιώνουν εύκολα την προσγείωση και να απενεργοποιούν τους ρότορες πριν αυτό μπορέσει να αναπηδήσει ξανά στον αέρα. Ένα ελικόπτερο που προσγειώνεται πιο αργά θα μπορούσε να σχεδιαστεί με πιο ελαφρύ σύστημα προσγείωσης. Έτσι, στις Πτήσεις 57, 58 και 59 το δοκίμασαν, δείχνοντας ότι η Ingenuity μπορεί να προσγειώνεται με ταχύτητες 25% χαμηλότερες από αυτήν που είχε αρχικά σχεδιαστεί.
Μελλοντικά σχέδια για την Ingenuity Όλες αυτές οι προσπάθειες προσγείωσης στον Άρη δεν έχουν τελειώσει ακόμα. Τον Δεκέμβριο, μετά την ηλιακή σύμπλεξη, αναμένεται να πραγματοποιήσει δύο υψηλής ταχύτητας πτήσεις, κατά τις οποίες θα εκτελέσει ένα ειδικό σύνολο γωνιών κλίσης και κύλισης σχεδιασμένων για να μετρήσει την απόδοσή της.
“Τα δεδομένα θα είναι εξαιρετικά χρήσιμα για την βελτίωση των αερο-μηχανικών μας μοντέλων για το πώς συμπεριφέρονται τα ελικόπτερα στον Άρη,” δήλωσε ο Brown. “Στη Γη, τέτοιες δοκιμές συνήθως γίνονται στις πρώτες πτήσεις. Αλλά αυτό δεν είναι το μέρος όπου πετάμε. Πρέπει να είσαι λίγο πιο προσεκτικός όταν λειτουργείς τόσο μακριά από το πλησιέστερο εργαστήριο επισκευών, επειδή δεν έχεις δεύτερη ευκαιρία.”
Περισσότερα για την Ingenuity Η Ingenuity ξεκίνησε τη ζωή της στον Άρη ως ένα τεχνολογικό παράδειγμα. Πραγματοποίησε την πρώτη της πτήση στις 19 Απριλίου 2021, κρατώντας αιωρούμενη ύψους 10 ποδιών (3 μέτρα) για 30 δευτερόλεπτα. Μετά από τέσσερις πτήσεις σε τέσσερις εβδομάδες πρόσθεσε 499 δευτερόλεπτα και πέταξε οριζόντια πάνω από την επιφάνεια για 1,171 πόδια (357 μέτρα). Αφού απέδειξε ότι η πτήση είναι δυνατή στον Άρη, η Ingenuity μπήκε σε μια φάση επίδειξης λειτουργίας τον Μάιο του 2021 για να δείξει πώς η αεροπορική εξερεύνηση θα μπορούσε να ωφελήσει τη μελλοντική εξερεύνηση του Άρη και άλλων κόσμων.
Το Ελικόπτερο Ingenuity για τον Άρη κατασκευάστηκε από το JPL, το οποίο διαχειρίζεται επίσης το έργο για την Έδρα της NASA. Υποστηρίζεται από τον Διευθυντή Επιστημονικών Αποστολών της NASA. Το Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA στη Silicon Valley της Καλιφόρνιας και το Κέντρο Έρευνας Langley της NASA στο Hampton της Βιρτζίνια παρείχαν σημαντική ανάλυση της αεροπορικής απόδοσης και τεχνική υποστήριξη κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης της Ingenuity. Η AeroVironment Inc., η Qualcomm και η SolAero παρείχαν επίσης βοήθεια στον σχεδιασμό και τα κύρια στοιχεία του οχήματος. Η Lockheed Space σχεδίασε και κατασκεύασε το Σύστημα Παράδοσης του Ελικοπτέρου για τον Άρη.
Στην Έδρα της NASA, ο Dave Lavery είναι εκτελεστικός πρόγραμματος για το Ελικόπτερο Ingenuity για τον Άρη.
