Вертолет Ingenuity Mars: историческое путешествие на другую планету

01 апреля 17:41NK

Когда в этом месяце взлетит вертолет Ingenuity, это будет момент братьев Райт на Марсе. Этот первый управляемый полет с двигателем на другую планету создавался годами - и он уходит корнями в первый такой полет на Земле.

Прошло 117 лет с тех пор, как Орвилл Райт совершил 12-секундный полет на Флайере 1 в исторический декабрьский день 1903 года в Килл-Девил-Хиллз возле Китти-Хок, Северная Каролина. На снимке, сделанном Джоном Дэниелсом, сотрудником спасательной станции США на этом месте, можно увидеть, как брат Орвилла Уилбур бежит рядом с самолетом. Во время четвертого и последнего полета в тот день Райт совершил почти 60-секундный полет.

За миллионы миль и более века спустя четырехфунтовый вертолет Ingenuity будет использовать две пары 4-футовых (1,2-метровых) лопастей, чтобы подняться на высоту почти 10 футов (3 метра) сквозь тонкую атмосферу Марса. Миниатюрный вертолет будет зависать в течение 30 секунд, делать снимки, разворачиваться и возвращаться на землю.

«Первый полет особенный. Это, безусловно, самый важный полет, который мы планируем совершить», - сказал Ховард Грип, главный пилот Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния.

Марсоход Perseverance, который доставил вертолет на Марс, будет наблюдать с расстояния 197 футов (60 метров) на смотровой площадке, которая называется местом наблюдения марсохода. Зона обзора на 3 фута (1 метр) выше зоны полета.

Во время первого полета Ingenuity Perseverance будет пытаться снимать изображения и видео. Изобретательность звучит так, как будто взлетает небольшой самолет, и микрофоны марсохода пытаются уловить этот звук.

Изображения и данные с вертолета и вездехода будут отправлены на Землю через несколько часов, а затем через несколько дней. Это делает Perseverance единственным свидетелем этого исторического полета на данный момент.

Люди со всего мира смотрели, как «Персеверанс» успешно приземлились на Марсе 18 февраля, а также увидели обнародование первого изображения, сделанного марсоходом после приземления. Но эти исторические моменты не всегда разыгрываются на мировой арене. Только пять человек стали свидетелями первого полета братьев Райт.

Компания Ingenuity самостоятельно проведет свой первый полет и еще до четырех в течение 31 земного дня, используя набор инструкций, отправленных пилотами JPL. Бортовой компьютер будет использовать изображения, сделанные вертолетом, для отслеживания объектов на земле и вносить крошечные корректировки 500 раз в секунду, чтобы вертолет оставался на своей траектории в случае возмущений, таких как порывы ветра.

Если первый полет будет успешным, Ingenuity будет стремиться летать все выше и дольше, чтобы проверить пределы своих возможностей.

Марсоход Perseverance проведет следующие два года, исследуя кратер Джезеро, место древнего озера и дельты реки, в поисках свидетельств прошлой микробной жизни и сбора образцов, которые будут возвращены на Землю в будущих миссиях.

Но апрель - пора изобретательности. И как только этот 31 день закончится, короткое времяпрепровождение на солнце закончится. Такова жизнь демонстрации технологии, рассчитанной на непродолжительное время.

Братья Райт совершили четыре успешных полета 17 декабря 1903 года, прежде чем порыв ветра опрокинул и уничтожил Флайер 1.

Эфемерная природа изобретательности не имеет значения для ее создателей. Технологические эксперименты и демонстрации в прошлом - причина того, что марсоходы, подобные Perseverance, могут исследовать Марс сегодня.

Когда миссия NASA Pathfinder приземлилась на Марсе в 1997 году, она выпустила на поверхность марсоход размером с микроволновую печь под названием Sojourner. Демонстрация технологии должна была продлиться семь дней, но продлилась 83. Были сделаны фотографии, исследована местность Марса и сделаны химические и атмосферные измерения.

Возможно, самое главное, Соджорнер продемонстрировал успешное использование первого колесного вездехода на другой планете. «Соджорнер проложил путь к новой эре исследования Марса, переосмыслив то, что, как мы думали, возможно на поверхности Марса, и полностью изменил наш подход к исследованию этой поверхности», - сказала Лори Глейз, директор отдела планетарных наук НАСА. «Этот маленький вездеход позволил выполнить все миссии, и теперь Perseverance, размером с небольшой автомобиль, может демонстрировать другие технологии, такие как Ingenuity, что еще больше расширит наши горизонты».

Соджорнер продемонстрировал ценность поверхностной мобильности, и марсоходы Spirit, Opportunity, Curiosity и Perseverance следовали его пути - ни один из которых не планировался до успешного путешествия Sojourner, сказал Бобби Браун, директор по планетологии JPL.

Если изобретательность окажется успешной, она может привести к аналогичной эволюции.

«Я могу только представить, где мы можем оказаться через десять лет или около того», - сказал Браун. «Если мы сможем разведывать и научно исследовать Марс с воздуха с его тонкой атмосферой, мы, безусловно, сможем сделать то же самое в ряде других мест Солнечной системы, таких как Титан или Венера".

Создание марсианского вертолета

Мечта об изобретательности началась в 1990-х годах, когда технолог робототехники JPL Боб Баларам услышал, как Илан Кроо, профессор аэронавтики и космонавтики Стэнфордского университета, выступил на конференции о «мезикоптере» или миниатюрном летательном аппарате для Земли. Баларам мог представить это на Марсе.

Он предложил один для НАСА во время конкурса заявок, но он не был выбран для финансирования. Вертолет «Марс» простоял на полке 15 лет, пока Баларам работал над другими марсианскими миссиями.

Время изобретательности пришло в 2013 году, когда Чарльз Элачи, в то время директор JPL, посетил презентацию о дронах и вертолетах и ​​вернулся в лабораторию, чтобы спросить, можно ли летать на Марсе. Баларам извлек свое первоначальное предложение и разработал первый концептуальный проект с возможностью включения его в качестве научного инструмента на марсоход «Марс 2020», который впоследствии стал «Настойчивостью».

Изобретательность не использовалась как инструмент для марсохода, но она была профинансирована и выбрана в качестве демонстрации технологии, которая позволит лететь вместе с марсоходом на Марс. Ждать все это время на полке было действительно хорошо.

«Мы не смогли бы спроектировать что-то подобное еще в 1990-х годах, когда у нас не было бы компьютеров и аккумуляторной техники», - сказал Баларам, главный инженер вертолета. «Так что на самом деле время было правильным в том смысле, что мы нуждались в некоторых достижениях в области технологий».

Затем пришло время построить совершенно новый тип транспортного средства, которое было бы одновременно самолетом и космическим кораблем - и таким, который никоим образом не поставил бы под угрозу Настойчивость, поскольку марсоход стал первой настоящей астробиологической миссией НАСА, ищущей признаки древней жизни на другой планете.

На этапе проектирования команда провела испытания небольшого вертолета, которым пилот вручную управлял в атмосфере Марса. Пока вертолет поднимался, он не был устойчивым. Вместо этого он прыгнул и разбился.

«Из этого мы узнали, что время реакции человека недостаточно чувствительно к этому вертолету из-за того, насколько отличается атмосфера», - сказала Тарин Бейли, инженер-механик из вертолетной группы JPL. «Итак, узнав об этом, команда занялась разработкой автономного летающего вертолета».

Он должен был быть легким, чтобы подняться сквозь тонкую марсианскую атмосферу, которая составляет 1% атмосферы Земли. Но вертолет также должен был включать солнечную батарею, аккумуляторную батарею, компьютер, радио, датчики и камеры в летной конструкции, которая могла бы выдержать запуск и посадку.

Еще одной проблемой было испытание вертолета, поскольку в испытательной камере нужно было моделировать Марс на Земле. Доказательство полета было ключевым моментом, прежде чем Изобретательность смогла отправиться на Марс.

«Нет учебника, в котором говорилось бы, как тестировать вертолет на Марсе, точно так же, как у братьев Райт не было учебника, в котором говорилось бы, как тестировать планеры и летательные аппараты с двигателем», - сказал Баларам. «Им пришлось изобрести это. Таким же образом нам пришлось изобрести множество уникальных возможностей тестирования».

Для этого команда создала собственную аэродинамическую трубу с использованием 900 компьютерных вентиляторов в вакуумной камере для создания ветров, с которыми может столкнуться изобретательность на Марсе.

Термовакуумная камера высотой 25 футов (7,6 метра) контролировала температуру и давление, позволяя команде протестировать вертолет, летящий в атмосфере, напоминающей Марс, а также систему, которая компенсировала разницу в гравитации между Землей и Марсом.

По словам Баларама, это были долгие семь лет проектирования, строительства и испытаний, когда каждую неделю возникали технические кризисы или проблемы.

По словам Бейли, создание вертолета стало возможным благодаря кропотливой работе над дизайном и испытаниями Ingenuity, и нынешний вертолет, установленный на Марсе, был изготовлен в 2018 году.

Команда объединила людей из определенных дисциплин, но все они нестандартно мыслили, помогая друг другу работать над компонентами вертолета.

Бейли проработала в JPL пять лет и была приглашена в команду вертолетов Марса, когда ей было 24 года.

«Это так много значит быть частью этой команды и быть свидетелем этого исторического момента», - сказала она.

Команды вертолетов и марсоходов с нетерпением ждут первого полета, который может проложить путь для вертолетов и других винтокрылых аппаратов, которые однажды станут разведчиками марсоходов и астронавтов на Марсе.

«Это было фантастическое путешествие, полное открытий, исследований и работы с фантастическими людьми», - сказал Баларам. «И это еще не конец».