Полученные результаты помогут в разработке аппаратов, способных нести более значительные полезные нагрузки на Марсе, включая научные инструменты и батареи.
«NASA блестяще справилась с разработкой марсианского вертолета Ingenuity, однако от следующего поколения аппаратов мы ожидаем гораздо больше», — отмечает Эй Эл Чен, глава программы Mars Exploration в Лаборатории реактивного движения (JPL) в Калифорнии. — «На Марсе все очень сложно, а летать там — особенно трудно, поскольку атмосфера разреженная, но гравитация все еще ощутима».
Ingenuity, который осуществил первый в истории контролируемый полет на другой планете 19 апреля 2021 года, был просто технологической демонстрацией и не нес научных приборов. Будущие аппараты, включая те, что примут участие в недавно объявленной миссии SkyFall, должны будут перевозить полезный груз — датчики, камеры, устройства для изучения местности с малой высоты и поддержки будущих роботизированных и пилотируемых экспедиций.
Это крайне сложная задача: атмосфера на Марсе примерно в 100 раз менее плотная, чем на Земле, и для значительной подъемной силы кончики лопастей должны вращаться примерно со скоростью звука. При этом скорость звука на Марсе ниже земной — около 540 км/ч, из‑за холодной и разреженной углекислотной атмосферы.
Команда Ingenuity намеренно ограничила частоту вращения до 2700 оборотов в минуту, чтобы избежать рисков: скорость кончиков лопастей достигала около 0,7 числа Маха, и даже порыв ветра не должен был выводить их в сверхзвук. Для нового поколения вертолетов инженеры должны были убедиться в возможности безопасного увеличения этой скорости.
Для этого специалисты JPL разработали специализированную камеру-симулятор, в которой были воспроизведены условия на Красной планете — воздух заменили разреженным углекислым газом. Сначала трехлопастной ротор, созданный компанией AeroVironment, раскручивали в неподвижном газе, затем включили вентилятор, создающий «встречный» ветер, увеличивая как обороты, так и скорость потока от прогона к прогону. На случай разрушения лопастей стенки камеры укрепили металлом.
Всего было проведено 137 прогонов. На пике трехлопастной ротор раскрутился до 3750 об/мин, и кончики лопастей сначала достигли околозвуковой скорости (0,98 Маха), а затем, с учетом встречного ветра, превысили примерно 1,08 Маха. Это на 30% увеличило потенциальную подъемную силу по сравнению с предыдущими ограничениями — значительный резерв для более высоких полезных нагрузок.