Третья за лето и самая сложная экспедиция к Марсу стартовала на этот раз в США — с космодрома на мысе Канаверал запущена ракета Atlas V, на борту которой к соседней планете летит марсоход Perseverance. Из-за особенностей взаимного расположения орбит кратчайший путь к Марсу открывается раз в два года,
по этой причине на это лето намечены сразу три экспедиции к Марсу — ранее стартовали китайская и миссия ОАЭ.
По традиции новый марсоход NASA, который на 14% тяжелее работающего там с 2012 года ровера Curiosity, будет сложнее своего предшественника. Он будет искать следы жизни и изучать геологию планеты, чтобы понять причины превращения Марса в сухую холодную планету. Кроме того, на марсоходе будет проведен ряд экспериментов, полезных для возможных будущих экспедиций людей на планету. Так, эксперимент MOXIE призван показать возможность получения кислорода из марсианской атмосферы, которая на 96% состоит из углекислого газа. Кроме того, на борту ровера летят образцы ткани скафандра — ученые хотят узнать, как на материал подействуют жесткие условия Марса.
Однако главной «изюминкой» экспедиции будет впервые в истории отправленный к другой планете настоящий вертолет — аппарат Ingenuity массой 1,8 кг имеет высоту полметра и будет подниматься за счет двух соосных винтов диаметром 1,2 метра.
Заряжаться вертолет будет за счет энергии Солнца и совершит несколько 90-секундных тестовых полетов. Учитывая низкую плотность атмосферы Марса, ученые сравнивают первый полет такого вертолета с первым полетом самолета братьев Райт.
О технических особенностях и задачах уникального вертолета «Газета.Ru» поговорила с его главным конструктором, инженером NASA Бобом Баларамом.
— Боб, идея отправить вертолет на Марс пришла к вам в 1990-е годы. Не считали ли вы ее тогда безумной, учитывая уровень развития технологий, мощность существовавших тогда электромоторов, аккумуляторов и т.д.?
— Мы собирались впервые исследовать такие сложные проблемы, как автономность, операции, аэродинамику. В то время это был начальный этап исследовательской работы без ожидания немедленного полета на Марс.
— Развитие каких технологий стало критическим и позволит поднять такой аппарат в атмосфере Марса, атмосфера которого в сто раз менее плотная, чем на Земле?
— Легкие, производительные процессоры и литий-ионные аккумуляторные батареи высокой мощности.
— Что принципиально отличает марсианский вертолет от аналогичных дронов, использующихся на Земле?
— Более быстрое вращение винтов, особенности конструкции, снижающие биение лопастей, экстремально низкие температуры работы, дизайн, устойчивый к радиации, высокий уровень автономности.
— Я думал, что для подобных уникальных аппаратов используются специально изготовленные компоненты, однако в случае с Mars Helicopter это не так. Расскажите, какие компоненты серийные, а какие разработаны специально для него?
— Из серийных процессоров — устойчивые к радиации ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы, FPGA), процессоры для управления полетом, а также процессоры для высокоуровневых функций навигации, аналогичные применяемым в сотовых телефонах. Также есть серийные сенсоры: камера навигации, альтиметр и инерциальные измерительные модули. Серийные двигатели Maxon для сервоприводов.
Серийные микросхемы — устройства связи на основе протоколов Zigbee. Специально были разработаны элементы конструкции, лопасти, двигатели тяги, корпус, высокоэффективные солнечные панели.
--В вертолете восемь швейцарских двигателей Maxon DCX 10, их цена в интернете порядка $100. Где они применяются на Земле? Тот же вопрос про батареи Sony.
— Эти моторы используются в ряде роботизированных процессов. Также они нашли применение в некоторых космических миссиях Европейского космического агентства. Батареи Sony с высокой плотностью энергии используются в вейпинговой индустрии.
— Вы планируете совершить порядка пяти полетов. Почему не больше?
— У нас есть 30 марсианских дней, ожидается неделя на ввод в эксплуатацию, и по три дня на на каждый полет.
--Какова научная цель марсианского вертолета?
— Передать телеметрические данные, чтобы проверить правильность выбора конструкции вертолета и будущих схем.
--Что больше всего угрожает вертолету на Марсе?
— Нерасчетные тепловые потери в ночное время. Неудачная посадка во время неожиданных порывов ветра. Целостность комплектующих под воздействием тепловых нагрузок.
--Как компьютер выбирает безопасное место посадки?
— Мы отказались от автономного выбора места посадки в самом начале, чтобы сэкономить на испытаниях. Все взлеты и посадки будут производиться с безопасных участков 10 на 10 метров, тщательно отобранных после анализа фотографий с ровера.
--Может ли одна нога вертолета зацепиться за камень или попасть в трещину и опрокинуть вертолет при взлете?
— Я уже сказал о выборе мест посадок. Форма опор спроектирована таким образом, чтобы минимизировать вероятность зацепления.
— Есть ли фундаментальные ограничения для создания более тяжелых, возможно, пилотируемых, вертолетов для Марса в будущем?
— До пилотируемых вертолетов слишком далеко, нужны очень большие роторы. По моему мнению, для аппаратов 30 кг — вероятно, верхний предел.
— На каких телах Солнечной системы возможно использование вертолетов в будущем? Венера, Титан?
— Определенно на Титане (там легко летать), и миссия Dragonfly разрабатывается для этого. Вероятно, будут предложены одноразовые аппараты для Венеры с вертолетоподобными функциями.