Багато було написано про відважні подвиги маленького гелікоптера NASA Ingenuity на Марсі. І всі заслужені ним нагороди. Маленька місія, яка здійснила 72 вильоти на Червоній планеті та розсунувши кордон досліджень у невідоме. Нещодавно вертоліт долітався, зламавши собі лопать. Але якими б вражаючими не були подвиги Ingenuity за останні три роки, його спадщина тільки почалася.
Винахідливість була новаторською у двох важливих аспектах, які будуть впливати на культуру NASA та його пошукові зусилля протягом наступних десятиліть.
По-перше, і найочевидніше, NASA продемонструвало, що політ на двигуні можливий на інших планетах. Це ідея, яка більше не є теоретичною, вона доведена практичними випробуваннями.
«Інженерна техніка повністю зруйнувала нашу парадигму досліджень, представивши цей новий вимір повітряної мобільності», — сказала Лорі Глейз, генеральний директор НАСА з планетології.
В інший, мабуть, більш важливий спосіб, Ingenuity може назавжди змінити те, як NASA, інші космічні агентства та, зрештою, приватні компанії досліджують і заселяють Сонячну систему. Вертоліт був побудований за допомогою комерційних, готових частин.
У вчених та інженерів, які будували гелікоптер, не було вибору. Політ на Марсі неймовірно складний. Повітря настільки розріджене, що це еквівалентно польоту на висоті 25 000 метрів на Землі, або втричі вище за вершину гори Еверест. Гелікоптери на Землі можуть досягати максимуму на висоті приблизно 9 000 метрів, перш ніж повітря стане занадто розрідженим, щоб підтримувати їх у повітрі.
Тому, щоб задовольнити вимоги Марсу, інженерам Ingenuity довелося бути безжальним, вони не могли собі дозволити таку масу радіаційно-захищених компонентів, як для акумуляторів і комп’ютерів. Тож вони купили комерційно доступні запчастини та кинули кубики — із приголомшливими результатами.
Давай летіти
Під час прес-конференції Глейз та інші представники NASA провели порівняння між Ingenuity (перший літальний апарат на іншій планеті) та Wright Flyer 1903 року (перший літак на Землі). Створений Орвіллом і Вілбуром Райтами, експериментальний літак Wright Flyer здійснив перший політ на Землі з двигуном 120 років тому. Він пролетів чотири рази, досягнувши відстані 260 метрів під час свого останнього польоту 17 грудня 1903 року. Після приземлення сильний вітер перекинув літак і розбив транспортний засіб.
Ingenuity став першим апаратом, який продемонстрував політ на іншій планеті. Під час 72-го польоту одна або кілька із чотирьох лопатей були пошкоджені під час жорсткої посадки на Червоній планеті.
Після того, як брати Райт продемонстрували, що можливо, літати на крилах, інженери в Європі та інших країнах продовжували просувати технологію вперед. На час Першої світової війни авіація стала важливою складовою воєнних дій, а через кілька десятиліть потому стала частиною цивільного транспорту. Сьогодні у світі щодня злітають і приземляються приблизно 100 000 літаків. Трансформація була монументальною.
Глейз та інші передбачають подібний вплив марсіанського вертольоту на наші дослідження інших світів в Сонячній системі.
«Як дослідник Марса, я мрію про вертоліт, який досліджуватиме каньйони Валлес-Марінеріс, — сказав Лорі Лешин, директор Лабораторії реактивного руху, яка керувала проектом Ingenuity. – Такий тип мобільності може доставити нас до місць, які ми навіть не мріяли дослідити на Марсі. І можливості дійсно безмежні».
Валлес-Марінеріс — найбільший каньйон у Сонячній системі, має довжину 4000 км і глибину понад 7 км. Через нерівний і розрізаний рельєф він практично недоступний для традиційних колісних роверів.
Розвиток технології далі
NASA вже має великі плани щодо літальних апаратів в інших світах. Мабуть, найінтригуючою з них є місія Dragonfly до найбільшого супутника Сатурна, Титану. Автомобіль, який створюватиме та експлуатуватиме Лабораторія прикладної фізики Джона Хопкінса в Лорелі, штат Меріленд, заплановано на липень 2028 року.
Це смілива місія, метою якої є політ безпілотника з ядерним двигуном розміром з автомобіль над багатими органікою пісками на Титані. У польотів на Титані є певні переваги: його переважно азотна атмосфера приблизно на 50 відсотків товща, ніж земна на поверхні. Але попри це розробка та політ такого великого транспортного засобу у відносно невідомому середовищі є величезним викликом.
Але якщо Ingenuity спрацював, є всі підстави вважати, що Dragonfly теж зможе.
Вже є плани модернізації майбутніх вертольотів для Марсу. Керівник групи Ingenuity з Лабораторії реактивного руху в Пасадені, штат Каліфорнія, Тедді Цанетос пояснив в інтерв’ю, що кожен політ апарату на Марс надав цінні дані. Раніше інженери мали теорії про те, чого очікувати та як працюватиме літак, але тепер вони мають реальні дані.
В інтерв’ю Цанетос сказав, що наступне покоління марсіанських гелікоптерів вже будується на основі досвіду Ingenuity. У рамках поточних планів НАСА повернути зразки гірських порід з поверхні Марса, космічне агентство може використовувати один або кілька таких літальних апаратів для отримання зразків для повернення на Землю.
Це вимагатиме підвищення продуктивності як з точки зору тривалості польоту, так і з точки зору перевезення більшого корисного вантажу. Цанетос сказав, що нова конструкція збільшує довжину ротора вертольота до 1,2-1,4 метра. Ротори на Ingenuity оберталися швидко, а їхні кінці рухалися зі швидкістю 0,65 Маха, або 65 відсотків швидкості звуку на поверхні Марса. Наступне покоління обертатиметься на швидкості 0,95 Маха.
«Ми дійсно будемо бігти близько до швидкості звуку, — сказав Цанетос. – Тож ми будемо розширювати межі».
Які межі?
Успіх Ingenuity змусить більше планувальників місій на Марс і в інші місця подумати про використання літальних апаратів як частину своїх проектів. Оператори вертольота сподіваються, що Ingenuity відкриває шлюзи можливому, подібно до того, як Wright Flyer підштовхнув ентузіастів і майбутніх пілотів розширити свою уяву понад століття тому.
«Тепер, коли ми знаємо, що це можливо, ми розширимо межі того, що ми можемо зробити», — сказав Глейз.
Деякі планетологи давно мріяли розгорнути повітряну кулю або подібний транспортний засіб і літати в атмосфері Венери. Біля поверхні пекельно гарячого світу атмосфера нищить. Але на висоті над Венерою панує атмосферний тиск, дуже схожий на земний, що зробить довгострокове дослідження на повітряній кулі плідним.
Кожен світ представляє свої проблеми та можливості. Надзвичайно тонка атмосфера на Марсі трохи компенсується зменшенням сили тяжіння. Вона становить приблизно одну третину Земної, тому це зробить такі технології, як літаки з нерухомим крилом та інші літальні машини, більш можливими.
Повітряна мобільність також має значення для астронавтів. Людські місії на Марс, швидше за все, використовуватимуть гелікоптери або дрони для огляду місцевості, перш ніж вирушити пішки або на марсоході. Якщо є кілька базових таборів, флот малих літаків може доставляти пакунки між ними. І одного дня люди зможуть літати поверхнею планети.
Купуємо комерційні продукти
Через згадану вище розріджену атмосферу команда мала масу менше 2 кг для всього гелікоптера. Це включає лопаті гелікоптера, довжиною кілька десятків сантиметрів, батареї, комп’ютер, датчики та камеру, ноги, сонячну панель – усе це.
Отже, як команда це зробила? Вони відмовилися від традиційного апаратного забезпечення, розрахованого на космос. Воно просто не підходило по масі. Наприклад, комп’ютер RAD750, який керує більшістю сучасних космічних апаратів, включаючи марсохід Perseverance, важить більше 0,5 кг.
Натомість Цанетос сказав, що Ingenuity використовує комп’ютерний чип смартфона 2015 року – процесор Qualcomm Snapdragon 801. Його маса становить кілька грамів.
RAD750, представлений у 2001 році, базується на технології 1990-х років. Сучасний процесор Qualcomm був розроблений для продуктивності та має переваги 20-річного прогресу в мікропроцесорних технологіях. Окрім того, що він на порядок дешевший (RAD750 коштує близько чверті мільйона доларів, тоді як процесор Qualcomm використовується в недорогих мобільних телефонах).
«Процесор на Ingenuity в 100 разів потужніший за все, що JPL відправила в далекий космос разом узяте», — сказав Цанетос. Якщо скласти всю обчислювальну потужність, використану під час великих місій НАСА за межами навколоземної орбіти, від «Вояджера» до «Юнони», «Кассіні» та космічного телескопа Джеймса Вебба, крихітний чип на Ingenuity має більш ніж у 100 разів більшу продуктивність.
Подібна філософія застосовувалася до інших компонентів, таких як акумуляторні батареї. Вони схожі на літієві батареї, які продаються в електроінструментах у будівельних магазинах. Літій ненавидить температурні цикли, і на поверхні Марса вони зазнали б пекельного циклу температур від -90 до +20 градусів Цельсію.
Диво Ingenuity полягає в тому, що всі ці комерційно придбані готові компоненти працювали. Радіація не підсмажила чип Qualcomm. Жорстокі термічні цикли не знищили ємність акумулятора. Подібним чином авіоніка, датчики та камери вціліли, незважаючи на те, що вони не були закуплені відповідно до вимог для космічних польотів.
«Це величезна перемога інженерів», — сказав Цанетос.
Дійсно, це так. У той час як найважливіші місії NASA, де невдача неприпустима, ймовірно, все ще використовуватимуть пристосоване космічне обладнання, успіх Ingenuity відкриває новий шлях для більшості наукових місій. Вони можуть бути дешевшими, легшими та кращими в усіх відношеннях.
Спадщина Ingenuity
Концепція Ingenuity з’явилася якраз у слушний час, на початку 2010-х років, коли NASA завершувало розробку корисних вантажів, які мали б летіти на марсоході Perseverance на Марс у 2020 році. Коли NASA довелося вирішувати, чи літати на марсоході. Технологічна демонстраційна місія показала правильну комбінацію технологій: акумулятори з високою щільністю енергії, високопродуктивні процесори для мобільних пристроїв, легкі камери та акселерометри MEMS для вимірювання прискорення.
Ці пристрої розвивалися в рамках революції мобільних телефонів. Якби не було iPhone, не було б і Ingenuity. Це було ідеальне злиття, і це призвело до дива на Марсі.
За матеріалами: Arstechnica
