Вертолёты NASA для марсианской миссии успешно прошли испытания, превысив звуковую скорость

Новости МирТесен

Специалисты NASA провели успешные испытания роторов для марсианских вертолётов нового поколения, достигнув сверхзвуковой скорости в условиях, воспроизводящих атмосферу Красной планеты. Во время экспериментов концы лопастей развили скорость, соответствующую числу Маха 1,08, что ознаменовало собой важный этап в создании передовых аппаратов проекта SkyFall. Эти аппараты должны продемонстрировать значительно более высокие характеристики, чем у известного вертолёта Ingenuity.

По мнению экспертов, приближение лопастей вертолета к звуковой скорости вызывает значительные аэродинамические затруднения. Ударные волны возникают и сопротивление воздуха увеличивается, когда скорость достигает примерно 0,8 числа Маха. Также наблюдаются нестабильные потоки и турбулентность, которые приводят к возросшим нагрузкам на конструкцию. На Земле для преодоления подобных проблем применяются сложные испытания и инженерные разработки, но для Марса эта задача представляется куда более сложной из-за существенно отличающихся атмосферных условий.

Вертолёт Ingenuity, прибывший на Марс вместе с марсоходом Perseverance в январе 2021 года, функционировал только на дозвуковых скоростях. Скорость вращения его лопастей не превышала приблизительно 0,7 числа Маха. Это ограничение было установлено преднамеренно, чтобы исключить непредсказуемые аэродинамические явления во время первых в истории человечества пилотируемых полётов на другой планете.

В рамках программы SkyFall разрабатывается новый марсианский вертолёт, предназначенный для функционирования в более жёстких условиях. Специалисты NASA провели испытания в камере, имитирующей марсианскую атмосферу с пониженным давлением. В ходе экспериментов роторы были раскручены до скорости, достигающей 1,08 числа Маха, что существенно увеличивает потенциал аппарата.

По словам аэродинамика NASA Шанны Уитроу-Мейзер, работающей в Исследовательском центре Эймса, успешные испытания стали значимым подтверждением перспектив полётов в условиях повышенной сложности. Специалисты планировали достичь скорости, примерно соответствующей числу Маха 1,05, но фактические результаты превзошли прогнозы. В настоящее время команда специалистов занимается анализом полученных данных и предполагает, что конструкция способна обеспечить большую тягу.

Хотя Земля и Марс имеют некоторые общие черты, их атмосферы существенно различаются. Атмосфера Марса очень разрежена, её плотность составляет лишь 1–2 процента от плотности земной. В связи с этим, полёты к Красной планете требуют принципиально иных инженерных решений. Главной целью миссии Ingenuity было не только подтвердить возможность вертикального полёта в таких условиях, но и получить информацию, необходимую для разработки новых летательных аппаратов.

Изначально планировалось, что Ingenuity осуществит всего пять полётов, но в конечном итоге аппарат совершил 72 вылета, прежде чем потерпел крушение в 2024 году. Причиной аварии оказалась не поломка в системе управления, а ошибка в расчёте высоты над поверхностью при посадке.

По словам Яакко Карраса, инженера Лаборатории реактивного движения NASA, при разработке полётов марсохода Ingenuity специалисты намеренно снижали скорость вращения роторов, чтобы исключить переход кончиков лопастей в сверхзвуковой режим даже при встречном ветре. Тем не менее, для аппаратов нового поколения NASA необходимы более высокие показатели, поэтому инженерам пришлось удостовериться в том, что роторы способны безопасно функционировать на существенно больших скоростях.

На Марсе скорость звука меньше, чем на Земле, из-за более низкой плотности атмосферы. Она составляет приблизительно 869 километров в час, в то время как на Земле на уровне моря этот показатель достигает около 1225 километров в час. Это означает, что для достижения первого числа Маха требуется меньшая скорость вращения лопастей.

В ходе испытаний эксперты проверили эффективность двух типов конструкции роторов: с тремя лопастями и с двумя. Ротор с тремя лопастями демонстрировал скорость до 3750 оборотов в минуту, при которой наконечники лопастей достигали скорости, соответствующей 0,98 числа Маха. Двухлопастная система, характеризующаяся большей длиной лопастей, обеспечивала аналогичную скорость при 3570 оборотах в минуту. Для сравнения, роторы вертолета Ingenuity никогда не превышали 2700 оборотов в минуту.

Затем в испытательной камере был активирован мощный вентилятор, который генерировал встречный воздушный поток. Благодаря этому удалось разогнать концы лопастей до скорости, равной 1,08 числа Маха.

Согласно информации, предоставленной NASA, увеличение скорости позволяет повысить подъёмную силу приблизительно на 30 процентов. Это даёт возможность новым марсианским вертолётам транспортировать более тяжёлое научное оборудование, чем это делал Ingenuity.

В случае успешной реализации намеченных планов, запуск миссии SkyFall намечен на конец 2028 года. Агентство NASA планирует направить к Марсу три вертолёта нового поколения. Эти аппараты должны будут проводить разведку перспективных районов для будущей высадки людей и искать залежи водяного льда, расположенные под поверхностью планеты.