Многое было написано об отважных подвигах маленького вертолета NASA Ingenuity на Марсе. И все заслуженные им награды. Маленькая миссия, осуществившая 72 вылета на Красной планете и раздвинув границу исследований в неизвестное. Недавно вертолет долетался, сломав себе лопасть. Но какими бы поразительными ни были подвиги Ingenuity за последние три года, его наследие только началось.
Изобретательность была новаторской в ??двух важных аспектах, которые будут влиять на культуру NASA и его поисковые усилия в течение следующих десятилетий.
Во-первых, и самое очевидное, NASA продемонстрировало, что полет на двигателе возможен на других планетах. Это идея, которая больше не теоретическая, она доказана практическими испытаниями.
«Инженерная техника полностью разрушила нашу парадигму исследований, представив это новое измерение воздушной мобильности», — сказала Лори Глейз, генеральный директор НАСА по планетологии.
В другой, пожалуй, более важный способ, Ingenuity может навсегда изменить, как NASA, другие космические агентства и, наконец, частные компании исследуют и заселяют Солнечную систему. Вертолет был построен посредством коммерческих, готовых частей.
У ученых и инженеров, которые строили вертолет, не было выбора. Полет на Марсе невероятно сложен. Воздух настолько разрежен, что это эквивалентно полету на высоте 25 000 метров на Земле, или втрое выше вершины горы Эверест. Вертолеты на Земле могут достигать максимума на высоте примерно 9 000 метров, прежде чем воздух станет слишком разреженным, чтобы поддерживать их в воздухе.
Поэтому чтобы удовлетворить требования Марса, инженерам Ingenuity пришлось быть безжалостным, они не могли себе позволить такую ??массу радиационно-защищенных компонентов, как для аккумуляторов и компьютеров. Они купили коммерчески доступные запчасти и бросили кубики — с потрясающими результатами.
Давай лететь
Во время пресс-конференции Глейз и другие представители NASA провели сравнение между Ingenuity (первый летательный аппарат на другой планете) и Wright Flyer 1903 (первый самолет на Земле). Созданный Орвиллом и Уилбуром Райтамы, экспериментальный самолет Wright Flyer совершил первый полет на Земле с двигателем 120 лет назад. Он пролетел четыре раза, достигнув расстояния 260 метров во время последнего полета 17 декабря 1903 года. После приземления сильный ветер опрокинул самолет и разбил транспортное средство.
Ingenuity стал первым аппаратом, продемонстрировавшим полет на другой планете. Во время 72-го полета одна или несколько из четырех лопастей были повреждены во время жесткой посадки на Красной планете.
После того, как братья Райт продемонстрировали, что возможно летать на крыльях, инженеры в Европе и других странах продолжали продвигать технологию вперед. К моменту Первой мировой войны авиация стала важной составляющей военных действий, а через несколько десятилетий спустя стала частью гражданского транспорта. Сегодня в мире ежедневно взлетают и приземляются около 100 000 самолетов. Трансформация была монументальной.
Глейз и другие предполагают подобное влияние марсианского вертолета на наши исследования других миров в Солнечной системе.
«Как исследователь Марса, я мечтаю о вертолете, который будет исследовать каньоны Валлес-Маринерис, — сказал Лори Лешин, директор Лаборатории реактивного движения, руководившей проектом Ingenuity. – Такой тип мобильности может доставить нас к местам, которые мы даже не мечтали исследовать на Марсе. И возможности действительно безграничны».
Валлес-Маринерис — самый большой каньон в Солнечной системе, имеет длину 4000 км и глубину более 7 км. Из-за неровного и разрезанного рельефа он практически недоступен для традиционных колесных велосипедов.
Развитие технологии дальше
NASA уже имеет большие планы по летательным аппаратам в других мирах. Пожалуй, интригующей из них является миссия Dragonfly к крупнейшему спутнику Сатурна, Титана. Автомобиль, который будет создавать и эксплуатировать Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, запланирован на июль 2028 года.
Это смелая миссия, целью которой является полет беспилотника с ядерным двигателем размером с автомобиль над богатыми органикой песками на Титане. У полетов на Титане есть определенные преимущества: его преимущественно азотная атмосфера примерно на 50 толще, чем земная на поверхности. Но, несмотря на это, разработка и полет такого крупного транспортного средства в относительно неизвестной среде является огромным вызовом.
Но если Ingenuity сработал, есть все основания полагать, что Dragonfly тоже сможет.
Уже есть планы по модернизации будущих вертолетов для Марса. Руководитель группы Ingenuity по Лаборатории реактивного движения в Пасадене, штат Калифорния, Тедди Цанетос объяснил в интервью, что каждый полет аппарата на Марс предоставил ценные данные. Раньше инженеры имели теории о том, чего ожидать и как будет работать самолет, но теперь у них есть реальные данные.
В интервью Цанетос сказал, что следующее поколение марсианских вертолетов уже строится на основе опыта Ingenuity. В рамках текущих планов НАСА вернуть образцы горных пород с поверхности Марса, космическое агентство может использовать один или несколько таких летательных аппаратов для получения образцов для возвращения на Землю.
Это потребует повышения производительности как с точки зрения продолжительности полета, так и с точки зрения перевозки большего полезного груза. Цанетос сказал, что новая конструкция увеличивает длину ротора вертолета до 1,2-1,4 метра. Роторы на Ingenuity вращались быстро, а их концы двигались со скоростью 0,65 Маха или 65 процентов скорости звука на поверхности Марса. Следующее поколение будет вращаться на скорости 0,95 Маха.
«Мы действительно будем бежать близко к скорости звука, – сказал Цанетос. — Так что мы будем расширять границы».
Какие границы?
Успех Ingenuity заставит больше планировщиков миссий на Марс и другие места подумать об использовании летательных аппаратов как часть своих проектов. Операторы вертолета надеются, что Ingenuity открывает шлюзы возможному, подобно тому, как Wright Flyer подтолкнул энтузиастов и будущих пилотов расширить свое воображение более века назад.
«Теперь, когда мы знаем, что это возможно, мы расширим границы того, что мы можем сделать», — сказал Глейз.
Некоторые планетологи давно мечтали развернуть воздушный шар или подобное транспортное средство и летать в атмосфере Венеры. У поверхности ада горячего мира атмосфера уничтожает. Но на высоте над Венерой царит атмосферное давление, очень похожее на земное, что сделает долгосрочное исследование на воздушном шаре плодотворным.
Каждый мир представляет свои проблемы и возможности. Очень тонкая атмосфера на Марсе немного компенсируется уменьшением силы тяжести. Она составляет примерно одну треть Земной, поэтому это сделает такие технологии, как самолеты с неподвижным крылом и другие летательные машины более возможными.
Воздушная мобильность также имеет значение для астронавтов. Человеческие миссии на Марс, скорее всего, будут использовать вертолеты или дроны для осмотра местности, прежде чем отправиться пешком или на марсоходе. Если есть несколько базовых лагерей, флот малых самолетов может доставлять пакеты между ними. И однажды люди смогут летать по поверхности планеты.
Покупаем коммерческие продукты
Из-за упомянутой выше разреженной атмосферы команда имела массу менее 2 кг для всего вертолета. Это включает лопасти вертолета, длиной в несколько десятков сантиметров, батареи, компьютер, датчики и камеру, ноги, солнечную панель – все это.
Итак, как команда это сделала? Они отказались от традиционного аппаратного обеспечения, рассчитанного на космос. Оно просто не подходило по массе. К примеру, компьютер RAD750, управляющий большинством современных космических аппаратов, включая марсоход Perseverance, весит более 0,5 кг.
Цанетос сказал, что Ingenuity использует компьютерный чип смартфона 2015 года — процессор Qualcomm Snapdragon 801. Его масса составляет несколько граммов.
RAD750, представленный в 2001 году, основан на технологии 1990-х годов. Современный процессор Qualcomm разработан для производительности и имеет преимущества 20-летнего прогресса в микропроцессорных технологиях. Кроме того, он на порядок дешевле (RAD750 стоит около четверти миллиона долларов, тогда как процессор Qualcomm используется в недорогих мобильных телефонах).
«Процесор на Ingenuity в 100 раз мощнее всего, что JPL отправила в дальний космос вместе взятое», — сказал Цанетос. Если составить всю вычислительную мощность, использованную во время больших миссий НАСА за пределами околоземной орбиты, от «Вояджера» до «Юноны», «Кассини» и космического телескопа Джеймса Уэбба, крошечный чип на Ingenuity имеет более чем в 100 раз большую производительность.
Подобная философия применялась к другим компонентам, таким как аккумуляторные батареи. Они похожи на литиевые батареи, продаваемые в электроинструментах в строительных магазинах. Литий ненавидит температурные циклы, и на поверхности Марса они претерпели бы адский цикл температур от -90 до +20 градусов Цельсия.
Чудо Ingenuity состоит в том, что все эти коммерчески приобретенные готовые компоненты работали. Радиация не поджарила чип Qualcomm. Жестокие термические циклы не уничтожили емкость аккумулятора. Подобным образом авионики, датчики и камеры уцелели, несмотря на то, что они не были закуплены в соответствии с требованиями для космических полетов.
«Это огромная победа инженеров», — сказал Цанетос.
Действительно, это так. В то время как важнейшие миссии NASA, где неудача недопустима, вероятно, все еще будут использовать приспособленное космическое оборудование, успех Ingenuity открывает новый путь для большинства научных миссий. Они могут быть дешевле, легче и лучше во всех отношениях.
Наследие Ingenuity
Концепция Ingenuity появилась как раз в удобное время, в начале 2010-х годов, когда NASA завершало разработку полезных грузов, которые должны были лететь на марсоходе Perseverance на Марс в 2020 году. Когда NASA пришлось решать, летать ли на марсоходе. Технологическая демонстрационная миссия показала правильную комбинацию технологий: аккумуляторы с высокой плотностью энергии, высокопроизводительные процессоры для мобильных устройств, легкие камеры и MEMS акселерометры для измерения ускорения.
Эти устройства развивались в рамках революции мобильных телефонов. Если бы не было iPhone, не было бы и Ingenuity. Это было идеальное слияние, и это привело к чуду на Марсе.
По материалам: Arstechnica
