Вертолет Ingenuity, тем временем, вчера покрутил винтами, но никуда не улетел. Впрочем, так и было задумано.
...Все дело в разреженной марсианской атмосфере. Ingenuity, создававшийся буквально для нескольких полетов, должен был прожить от силы пару месяцев, поэтому аппарат создавался с расчетом на марсианское «теплое время года». Еще из школьного курса физики известно, что в теплую погоду давление газов повышается, а в холодную – становится меньше. На Земле мы обычно не замечаем разницы между колебаниями атмосферного давления зимой/летом, однако для разреженной атмосферы Марса каждая молекула углекислого газа на счету
Расчетное атмосферное давление для эксплуатации Ingenuity – в пределах 0,0145-0,0185 кг/м3, что соответствует 1,2-1,5% земного давления на уровне моря. Скоро в кратере Езеро наступит зима, а давление снизится до 0,012 кг/м3 (1,0% земного). Разница может показаться небольшой, но она существенно влияет на летные качества Ingenuity.
При нижнем расчетном пределе плотности атмосферы (0,0145 кг/м3) запас тяги марсианского вертолета составляет порядка 30% (имеется в виду избыточная тяга, которую Ingenuity может произвести сверх той, что требуется для простого зависания). Именно за счет этого запаса вертолет может взлетать и поддерживать свою высоту при движении над пересеченной местностью.
Если в ближайшие месяцы плотность атмосферы упадет до 0,012 кг/м3, то запас тяги Ingenuity снизится до 8%, а это означает, что дрон окажется близко к аэродинамическому срыву (ситуации, когда дальнейшее увеличение угла атаки лопастей винтов больше не увеличивает подъемную силу, но увеличивает сопротивление).
Решение проблемы – увеличить скорость вращения лопастей (со стандартных 2537 об./мин до 2700 об./мин). В ходе вчерашнего теста аппарат успешно осуществил вращение даже с большей скоростью – 2800 об./мин. Стоит сказать, что такие скорости для Ingenuity никогда не тестировались, в т. ч. на Земле.
Подобное увеличение скорости чревато рядом потенциальных проблем. Одна из них связана с риском появления опасных вибраций, вторая – с повышенной нагрузкой на двигатель. Еще более интересная проблема имеет отношение к аэродинамике: скорость винтов 2800 об./мин в сочетании с ветром и движением вертолета может привести к тому, что кончики лопастей ротора будут двигаться относительно марсианского воздуха со скоростью почти 0,8 Маха. (Скорость звука на Марсе несколько ниже, чем мы привыкли – примерно 75% от скорости звука на Земле). Если концы лопастей приблизятся к скорости звука еще сильнее, то они испытают очень большое увеличение аэродинамического сопротивления, которое закончится для вертолета плачевно. Впрочем, расчеты показывают, что таких высоких скоростей возникнуть не должно, но это никогда не было подтверждено в испытаниях.
Поэтому, собственно, и проводятся испытания вертолета сейчас – прямо на Марсе. Операторы начали с выполнения высокоскоростного вращения ротора, не отрываясь от земли, до достижения максимальной скорости вращения ротора 2800 об./мин. Данный тест уже был успешно проведен.
Следующий этап – короткий испытательный полет на несколько более низких оборотах ротора - 2700 об / мин. Это будет 14-й полет Ingenuity, и он должен стать довольно простым: в ближайшие часы вертолет поднимется на высоту 5 метров, выполнит небольшое движение вбок, а затем приземлится. Удачное завершение этого полета должно подтвердить возможность эксплуатации Ingenuity в зимний сезон.
In the months since we flew for the first time, we have learned a great deal about operating a helicopter on Mars.
mars.nasa.gov
mars.nasa.gov
