Инженеры разрабатывают безмоторные планеры для исследования Марса

Прочитано: 104 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Восемь активных космических аппаратов, в том числе три управляемых НАСА, вращаются вокруг Марса, собирая изображения поверхности планеты с разрешением около 1 фута на пиксель. Три марсохода пересекают землю, с большей точностью картографируя небольшие участки планеты. Но то, что лежит в сотнях километров между марсоходами и орбитальными аппаратами, включая атмосферные климатические процессы и геологические особенности, такие как вулканы и каньоны, часто представляет наибольший интерес для планетологов.

«У вас есть эта действительно важная, критическая часть в этом планетарном пограничном слое, например, в первых нескольких километрах над землей», — сказал Александр Клинг, научный сотрудник Центра моделирования климата Марса НАСА. «Здесь происходят все обмены между поверхностью и атмосферой. Здесь пыль подхватывается и выбрасывается в атмосферу, здесь смешиваются газовые примеси, здесь происходит модуляция крупномасштабных ветров горно-долинными потоками. у нас просто не так много данных об этом».

Клинг сотрудничает с командой инженеров Аризонского университета, которые стремятся восполнить этот пробел в данных, спроектировав безмоторный планер, который может парить над марсианской поверхностью в течение нескольких дней, используя для движения только энергию ветра . Оснащенные датчиками полета, температуры и газа, а также камерами, планеры будут весить всего 11 фунтов каждый. Команда подробно описывает свое предложение в статье, опубликованной в журнале Aerospace.

Полет альбатроса

Полет на Марс сложен из-за тонкой атмосферы планеты, и это не первая команда, пытающаяся решить эту проблему. В частности, Ingenuity НАСА — это 4-фунтовый вертолет, который приземлился в марсианском кратере Джезеро в 2021 году. Благодаря миниатюрной технологии полета и размаху несущей системы около 4 футов, это первое устройство, испытавшее управляемый полет на другой планете. Но транспортное средство на солнечной энергии может летать всего три минуты за раз и достигает высоты всего 12 метров или около 39 футов.

«Мы можем использовать Землю как лабораторию для изучения полетов на Марсе

«Эти другие технологии были очень ограничены по энергопотреблению», — сказал первый автор статьи, Адриен Боускела, докторант аэрокосмической техники в лаборатории микролетательных аппаратов профессора Сергея Шкараева в Университете Аризоны. «Мы предлагаем просто использовать энергию на месте. Это своего рода скачок вперед в тех методах расширения миссий. Потому что главный вопрос: как вы можете летать бесплатно? Как вы можете использовать ветер, который там есть, тепловой динамики, чтобы избежать использования солнечных батарей и аккумуляторов, которые необходимо перезаряжать?»

Легкие, недорогие планеры с ветровой тягой могут стать ответом. Самолеты с размахом крыльев около 11 футов будут использовать несколько различных методов полета, в том числе простое статическое парение при наличии достаточного вертикального ветра. Но они также могут использовать метод, называемый динамическим парением, который, подобно альбатросу в долгом путешествии, использует то, как скорость горизонтального ветра часто увеличивается с высотой — явление, особенно распространенное на Марсе.

Динамическое парение выглядит примерно как S-образная схема, которую лыжники используют для управления спуском с горы. Однако каждый раз, когда планер меняет направление, он также начинает менять высоту — и вместо того, чтобы замедлять планер, этот маневр помогает ему набирать скорость. Самолеты летят под небольшим углом вверх навстречу медленному низкому ветру. Когда они достигают более быстрого высотного ветра, они поворачиваются на 180 градусов и позволяют высокоскоростному ветру двигаться вперед под небольшим углом вниз. Когда у них начинает заканчиваться энергия от высокоскоростного ветра, они повторяют процесс, прокладывая себе путь вперед. Благодаря такому ловкому маневрированию планеры могут непрерывно получать энергию из атмосферы, летая часами или даже днями. Это полет бесплатно.

«Это почти то, что вы должны увидеть, чтобы поверить», — сказал соавтор статьи Джекан Танга, адъюнкт-профессор аэрокосмической техники и машиностроения Университета Аризоны.

Современные марсоходы в основном снимали плоские песчаные равнины Марса — единственные области, где марсоходы могут безопасно приземлиться. Но планеры смогут исследовать новые районы, воспользовавшись тем, как меняются ветры вокруг геологических образований, таких как каньоны и вулканы.

«С этой платформой вы могли бы просто летать и получать доступ к этим действительно интересным, действительно крутым местам», — сказал Клинг.

Хорошего по немногу

Команда предлагает отправить планеры на Марс в качестве дополнительной полезной нагрузки для более крупной миссии. Танга изучает, как отправить планеры космического корабля в атмосферу. На космическом корабле планеры будут упакованы в CubeSats, миниатюрные спутники размером не больше телефонной книги. Как только CubeSat будет запущен и самолеты выпущены, самолеты будут либо разворачиваться, как оригами, либо надуваться, как высокотехнологичные плавучие бассейны, и затвердевать до своего полного размера.

Команда также изучает возможность использования воздушного шара или дирижабля, которые будут поднимать планеры в атмосферу. Это замедлит снижение планеров и позволит им взлетать, когда ветровые условия оптимальны или когда они приближаются к интересующей их области. Планеры могут даже повторно пристыковаться к воздушному шару или дирижаблю после полета и продолжить выполнение нескольких миссий.

Полет завершен, миссия продолжается

После приземления на поверхность Марса самолеты продолжали передавать информацию об атмосфере обратно на космический корабль, фактически становясь метеостанциями. Метеорологи могут предсказывать погоду на Земле с относительной точностью отчасти потому, что по всей нашей планете есть метеостанции, которые образуют информационную сеть, и все собираемые ими данные постоянно возвращаются в прогностические модели. Таким образом, каждый марсианский планер, прекративший полеты — независимо от того, завершил ли он свое исследование, как планировалось, или что-то пошло не так, — может стать еще одним важнейшим узлом в этой сети.

«Если у нас закончится энергия полета или если наши инерциальные датчики внезапно откажут по какой-либо причине, мы рассчитываем продолжить заниматься наукой», — сказал Бускела. «С точки зрения планетарной науки миссия продолжается».

Команда провела обширное математическое моделирование моделей полета планеров на основе климатических данных Марса. И еще предстоит провести дополнительные исследования траекторий полета, потенциальных систем стыковки и многого другого. Но этим летом они будут испытывать экспериментальные самолеты на высоте около 15 000 футов над уровнем моря, где земная атмосфера тоньше, а условия полета больше похожи на марсианские.

«Мы можем использовать Землю как лабораторию для изучения полетов на Марсе», — сказал Шкараев.

В конечном итоге команда надеется, что НАСА профинансирует миссию и позволит ей «покататься» на крупномасштабной миссии на Марс, которая уже находится в разработке. По словам Клинга, низкозатратный характер усилий по планеру означает, что они могут быть реализованы относительно быстро, возможно, за годы, а не десятилетия, необходимые для полномасштабной миссии.

Инженеры разрабатывают безмоторные планеры для исследования Марса



Новости партнеров