La NASA sta utilizzando due scienziati per testare i futuri progetti di elicotteri per Marte

Gli ingegneri andranno oltre i confini della Terra per trovare maggiori prestazioni per i futuri elicotteri marziani.

Per la prima volta nella storia, due pianeti sono diventati la sede per testare futuri progetti di aerei. In questo mondo c’è un nuovo rotore che può essere utilizzato con la prossima generazione Marte Gli elicotteri sono stati recentemente testati NASAlaboratorio di propulsione a reazione (Laboratorio di propulsione a reazione) nel sud della California, ruotando a velocità prossime a quella del suono (Mach 0,95). Nel frattempo, l’elicottero Ingenuity Mars dell’agenzia ha stabilito nuovi record di altitudine e velocità sul Pianeta Rosso durante un volo di prova.

Questo video combina due prospettive del 59° volo dell’elicottero Ingenuity Mars della NASA. Il video a sinistra è stato catturato da Mastcam-Z sul rover Perseverance Mars della NASA; Il video in bianco e nero a destra è stato catturato dalla Navcam di Ingenuity rivolta verso il basso. Il volo è avvenuto il 16 settembre. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Creatività: unire la Terra e Marte

“Testare i nostri elicotteri di prossima generazione per Marte è stato il meglio di entrambi i mondi”, ha affermato Teddy Tzanitos, project manager di Ingenuity e direttore di Mars Sample Recovery Helicopters. “Qui sulla Terra, hai tutti gli strumenti e l’addestramento pratico immediato che potresti sperare durante il test di nuovi componenti aeronautici. Su Marte, ci sono condizioni davvero fuori dal mondo che non potresti mai ricreare qui sulla Terra. Ciò include un atmosfera estremamente sottile e gravità molto inferiore a quella terrestre.

Tecnologia avanzata del rotore per l’esplorazione di Marte

La prossima generazione di pale del rotore in fibra di carbonio testate a terra sono circa 4 pollici (più di 10 centimetri) più lunghe delle pale di Ingenuity, con maggiore potenza e un design diverso. La NASA ritiene che queste pale potrebbero consentire la realizzazione di elicotteri più grandi e capaci su Marte. La sfida è che quando le punte delle pale si avvicinano a velocità supersoniche, la turbolenza che causa la vibrazione può rapidamente andare fuori controllo.

Simulazione delle condizioni marziane sulla Terra

Per trovare uno spazio abbastanza grande da creare un’atmosfera marziana sulla Terra, gli ingegneri si sono rivolti al JPL, che è largo 25 piedi e lungo 85 piedi (8 metri x 26 metri). Simulazione spaziale – Un posto dove Geometra, ViaggiatoreE Cassini Hanno avuto il loro primo assaggio di ambienti simili allo spazio. Per tre settimane a settembre, il team ha monitorato sensori, misuratori e telecamere mentre le pale resistevano corsa dopo corsa a velocità sempre più elevate e angoli di inclinazione maggiori.

Un sistema a doppio rotore per l’elicottero su Marte di prossima generazione è stato testato in un simulatore spaziale di 25 piedi presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA il 15 settembre. Più lunghe e resistenti di quelle utilizzate nell’elicottero Ingenuity Mars, le pale in fibra di carbonio hanno raggiunto velocità prossime a quella del suono durante i test. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech

“Abbiamo ruotato le nostre pale fino a 3.500 giri al minuto, ovvero 750 giri al minuto più velocemente delle pale Ingenuity”, ha affermato Tyler Del Sesto, vice comandante del test sugli elicotteri di recupero presso il JPL. “Queste pale più efficienti sono ora più di un semplice esercizio virtuale. Sono pronte a volare.”

Più o meno nello stesso momento, a circa 100 milioni di miglia (161 milioni di chilometri) di distanza, a Ingenuity fu ordinato di provare cose che il team Mars Helicopter non avrebbe mai immaginato di fare.

Risultati di ingegnosità senza precedenti

Inizialmente era previsto che Ingenuity volasse più di cinque volte. Con il suo volo inaugurale inserito nel registro della missione più di due anni e mezzo fa, l’elicottero ha superato di 32 volte la missione prevista di 30 giorni e ha volato 66 volte. Ogni volta che Ingenuity prende il volo, copre nuovi territori, offrendo una prospettiva che nessuna precedente missione planetaria è stata in grado di raggiungere. Ma di recente, il team Ingenuity ha fatto fare un giro ai suoi elicotteri a energia solare come mai prima d’ora.

Havard Grebe, capo pilota dell’elicottero Ingenuity Mars della NASA, documenta i dettagli di ogni volo nel registro della missione, il registro nominale dei pianeti e delle lune del pilota, dopo ogni volo. Le voci per i voli 9 e 10 possono essere visualizzate qui. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech

“Negli ultimi nove mesi, abbiamo raddoppiato la velocità e l’altitudine massime, aumentato il tasso di accelerazione verticale e orizzontale e abbiamo anche imparato ad atterrare più lentamente”, ha affermato Travis Brown, ingegnere capo di Ingenuity al JPL. “L’espansione dell’involucro fornisce dati inestimabili che possono essere utilizzati dai progettisti di missioni per i futuri elicotteri su Marte”.

Superare le sfide di una missione su Marte

Considerando la potenza disponibile e la temperatura del motore, i viaggi Ingenuity durano in genere dai due ai tre minuti. Sebbene un elicottero possa coprire un’area più ampia in un singolo volo volando più velocemente, volare troppo velocemente può sovraccaricare il sistema di navigazione di bordo. Il sistema utilizza una telecamera che riconosce le rocce e altre caratteristiche della superficie mentre si muovono attraverso il suo campo visivo. Se queste funzionalità passano troppo rapidamente, il sistema potrebbe perdere la strada.

Quindi, per ottenere una velocità al suolo massima più elevata, il team invia comandi a Ingenuity per volare ad altitudini più elevate (le istruzioni vengono inviate all’elicottero prima di ogni volo), il che mantiene le caratteristiche visibili più a lungo. Volo 61 Ha stabilito un nuovo record di altitudine di 78,7 piedi (24 m) durante l’esame dei modelli del vento marziano. con Volo 62 Ingenuity ha stabilito un record di velocità di 22,3 mph (10 metri al secondo) – e Ho esplorato il sito Per il team scientifico del rover Perseverance.

Il team ha anche sperimentato la velocità di discesa di Ingenuity. L’elicottero è progettato per toccare la superficie a una velocità relativamente elevata di 2,2 mph (1 mph) in modo che i sensori di bordo possano facilmente confermare un atterraggio e spegnere i rotori prima che possa rimbalzare in aria. Un elicottero può essere progettato per atterrare più lentamente con un carrello di atterraggio più leggero. Quindi, sui voli 57, 58 e 59, lo hanno ruotato e hanno dimostrato che Ingenuity poteva atterrare a velocità inferiori del 25% rispetto alla velocità alla quale l’elicottero era stato originariamente progettato per atterrare.

Progetti futuri per la creatività

Tutto questo Marte Chuck Yeager-ing non è ancora finito. A dicembre, dopo la congiunzione solare, Ingenuity dovrebbe effettuare due sorvoli ravvicinati ad alta velocità durante i quali eseguirà una serie speciale di angoli di rotazione progettati per misurare le sue prestazioni.

“I dati saranno molto utili per migliorare i nostri modelli aeromeccanici sul comportamento degli aeromobili su Marte”, ha affermato Brown. “A terra, un test del genere viene solitamente effettuato sui primi voli. Ma non è lì che voliamo. Devi stare più attento quando lavori lontano dall’officina di riparazione più vicina, perché non dovrai fare qualsiasi altro lavoro.”

Ancora sull’ingegno

Ingenuity ha iniziato la sua vita su Marte come dimostrazione tecnologica. Ha volato per la prima volta il 19 aprile 2021, volando ad un’altitudine di 3 metri (10 piedi) per 30 secondi. Altri quattro voli in altrettante settimane hanno aggiunto 499 secondi e hanno visto l’elicottero librarsi orizzontalmente sopra la superficie per 1.171 piedi (357 metri). Dopo aver dimostrato la fattibilità del volo su Marte, Ingenuity è entrato nella fase di dimostrazione delle operazioni nel maggio 2021 per dimostrare come la ricognizione aerea potrebbe favorire la futura esplorazione di Marte e di altri mondi.

L’elicottero Ingenuity Mars è stato costruito dal Jet Propulsion Laboratory (JPL), che gestisce anche il progetto del quartier generale della NASA. È supportato dal Science Mission Directorate della NASA. L’Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, in California, e il Langley Research Center della NASA a Hampton, in Virginia, hanno fornito analisi critiche delle prestazioni di volo e assistenza tecnica durante lo sviluppo di Ingenuity. Anche AeroVironment Inc. ha fornito Qualcomm e SolAero hanno collaborato alla progettazione e ai componenti chiave del veicolo. Lockheed Space progettato e prodotto Sistema di consegna per elicotteri su Marte.

Nel quartier generale della NASA, Dave Lavery è il direttore esecutivo del programma Ingenuity Mars Helicopter.