Исследователи из Исследовательского центра имени Эймса при Космическом агентстве США (NASA) в Кремниевой долине в сотрудничестве с Имперским колледжем Лондона в Великобритании и японским Университетом Нагои представили новую экспериментальную конструкцию лопастей марсианских вертолетов под шифром roamx-0201. Эта разработка призвана преодолеть сложные аэродинамические препятствия разреженной марсианской атмосферы и позволить будущим исследовательским аппаратам совершать полеты на расстояния и в течение времени, значительно превосходящие результаты предыдущих миссий.
Скачок в дальности полета по сравнению с аппаратом «Инженьюити»
Вертолет «Инженьюити» (Ingenuity) добился исторического достижения как первый летательный аппарат с силовой установкой, совершивший полет в небе другой планеты, однако максимальная дальность его полета за один раз не превышала 0,7 километра. НАСА готовится к запуску миссии «СкайФол» (SkyFall), запланированной на 2028 год, в рамках которой будут задействованы три модернизированных вертолета, использующих привычные аэродинамические концепции изогнутых лопастей «Инженьюити».
В то же время новая конструкция roamx-0201 закладывает основу для следующего поколения вертолетов для периода после миссии «СкайФол». Как показало передовое компьютерное моделирование и испытания в аэродинамических трубах, этот аэродинамический профиль (Airfoil) позволит будущим вертолетам преодолевать расстояние до 18,7 километров за один непрерывный полет при сохранении возможности перевозить на борту передовое научное оборудование и приборы, согласно исследовательской статье, опубликованной в журнале Американского института аэронавтики и астронавтики (AIAA).
Динамическая инновация для преодоления сложной физики Марса
Новая конструкция отличается тонким, несимметричным и чрезвычайно острым профилем по сравнению с традиционными круглыми лопастями. Ее превосходство основано на решении трех главных препятствий, которые создает Марс:
- Задержка явления волнового кризиса (Drag Divergence): скорость звука в атмосфере Марса ниже по сравнению с Землей, что приводит к резкому падению эффективности лопастей при приближении их кромок к этой скорости. Новый профиль позволяет работать на более высоких скоростях вращения без возникновения этого спада.
- Использование аэродинамической турбулентности для создания подъема: в отличие от традиционных конструкций, новый профиль создает преднамеренную турбулентность в «пограничном слое» (Boundary Layer) у передней кромки лопасти, что формирует динамическую силу, притягивающую лопасть вверх и увеличивающую эффективность вертикального подъема в разреженном воздухе.
- Улучшение сопротивления динамическому сваливанию (Stall): испытания продемонстрировали превосходную способность к восстановлению и поддержанию устойчивости при изменении углов потока воздуха, что являлось слабым местом, вызывавшим резкое падение производительности «Инженьюити», благодаря чему будущие аппараты получат более широкие запасы безопасности для маневрирования.
Что означает эта инновация для исследования космоса?
Хотя эти лопасти все еще находятся на стадии инженерных испытаний и пока не готовы к реальным полетам, преодоление разрыва между математическими прогнозами и реальными характеристиками в аэродинамических трубах прокладывает путь к радикальному преображению планетарных исследований. Эта беспрецедентная дальность позволит ученым сканировать обширные географические районы марсианской поверхности, собирать данные в труднодоступной для марсоходов пересеченной местности и в ближайшем будущем транспортировать значительно более тяжелые образцы и научные грузы.