NASA ruošiasi naujai Marso žvalgybos erai: sraigtasparniai galės gabenti daugiau įrangos

NASA kuria naujos kartos Marso sraigtasparnį, kurio rotoriai bandymuose imituojamoje Marso atmosferoje pasiekė viršgarsinį greitį. Inžinieriai rotorių menčių galiukus „pastūmė“ iki Mach 1,08 ir taip patikrino, ar toks režimas įmanomas saugiai.

Viršgarsinis režimas sraigtasparniams yra sudėtingas, nes artėjant prie garso greičio stipriai išauga pasipriešinimas, atsiranda smūginės bangos, turbulencija ir papildomos apkrovos konstrukcijai. Tokie reiškiniai gali paveikti stabilumą ir kelti riziką menčių ilgaamžiškumui, todėl iki šiol Marse buvo renkamasi atsargesnė taktika.

Kas pasikeitė po „Ingenuity“

Sraigtasparnis „Ingenuity“, atskridęs į Marsą su marsaeigiu Perseverance 2021 metais, sąmoningai laikėsi žemiau viršgarsinio režimo. Jo rotorių menčių galiukai paprastai neviršydavo maždaug Mach 0,7, kad net ir esant priešiniam vėjui nebūtų peržengta riba, galinti sukelti nenumatytų aerodinaminių efektų.

„Ingenuity“ buvo planuotas kaip trumpas technologinis bandymas, tačiau galiausiai atliko 72 skrydžius ir suteikė inžinieriams itin vertingų duomenų apie valdomą skrydį itin retos atmosferos sąlygomis. NASA yra nurodžiusi, kad misija baigėsi po incidento leidžiantis 2024 metais, kai dėl navigacijos įvertinimo problemų aparatas nebesuvaldė nusileidimo.

Sukaupta patirtis leido pereiti prie ambicingesnių sprendimų, kurių tikslas yra ne vien pademonstruoti, kad skrydis įmanomas, bet ir išplėsti galimą naudingą apkrovą bei veikimo scenarijus. Būtent todėl naujos kartos rotoriams siekiama didesnio našumo ir tolerancijos sudėtingesnėms sąlygoms.

Kodėl Marse „Mach 1“ kitoks

Marso atmosfera yra itin reta, jos tankis siekia tik apie 1–2 proc. Žemės atmosferos tankio. Dėl to sraigtasparniui reikia generuoti keliamąją jėgą visiškai kitokioje aerodinaminėje aplinkoje, o kiekvienas našumo procentas tampa svarbus.

Garso greitis taip pat skiriasi, nes jis priklauso nuo terpės savybių. NASA pateikiamuose paaiškinimuose nurodoma, kad Marse garso barjeras atitinka maždaug 869 kilometrus per valandą, kai tuo metu prie jūros lygio Žemėje jis yra apie 1 225 kilometrus per valandą.

Tai reiškia, kad viršgarsinis režimas Marse pasiekiamas esant mažesniam absoliučiam greičiui, tačiau pats skrydis dėl retos atmosferos vis tiek išlieka techniškai labai sudėtingas. Dėl šios priežasties būtini specialūs bandymai, kuriuose galima tiksliai valdyti slėgį, srautą ir vėjo apkrovas.

Ką parodė bandymai ir kodėl tai svarbu

Bandymams buvo naudojama speciali bandymų kamera, kurioje sumažinamas slėgis, kad sąlygos būtų panašios į Marso. Joje išbandyti du rotorių variantai, o papildomas srautas imitavo priešpriešinį vėją, kuris realiame skrydyje gali staiga pakelti menčių galiukų greitį.

Trijų menčių rotorius sukosi iki maždaug 3 750 apsukų per minutę ir artėjo prie Mach 0,98. Dviejų menčių, bet ilgesnių menčių rotorius panašų režimą pasiekė ties maždaug 3 570 apsukų per minutę, o esant imituojamam vėjui menčių galiukai pasiekė Mach 1,08.

NASA Ames ir NASA Jet Propulsion Laboratory specialistai pabrėžia, kad tai yra svarbus žingsnis įrodant koncepcijos realumą. „Sėkmingas šių rotorių bandymas yra reikšmingas žingsnis, įrodantis skrydžio galimybes sudėtingesnėse aplinkose, o tai būtina naujos kartos aparatams“, – sakė NASA Ames aerodinamikė Shannah Withrow-Maser.

NASA Jet Propulsion Laboratory inžinierius Jaakko Karras aiškina, kad ankstesnėse Marso skrydžių strategijose buvo sąmoningai vengiama viršgarsinių režimų. „Planavome „Ingenuity“ skrydžius taip, kad menčių galiukai laikytųsi ties Mach 0,7 be vėjo, jog priešinis vėjas jų nepastumtų į viršgarsinį režimą. Tačiau naujai kartai reikia didesnio našumo, todėl turėjome įsitikinti, kad rotoriai gali saugiai suktis greičiau“, – sakė jis.

Didžiausias praktinis pokytis yra keliamoji galia: NASA teigia, kad toks sprendimas gali padidinti keliamąją jėgą apie 30 proc. Tai atvertų galimybę gabenti daugiau mokslinių prietaisų, skristi su didesne atsarga sudėtingesnėmis oro sąlygomis ir efektyviau vykdyti paieškos bei žvalgymo užduotis.

Pagal NASA skelbiamą koncepciją „Skyfall“ projektas siejamas su misija, kuri galėtų startuoti 2028 metų pabaigoje ir gabenti kelis sraigtasparnius. Tokie aparatai būtų skirti žvalgyti galimas žmonių nusileidimo vietas ir padėti ieškoti po paviršiumi esančio vandens ledo, kuris laikomas kritiškai svarbiu tiek mokslo, tiek būsimų ekspedicijų logistikos požiūriu.