Невеликий вертольотний дрон вже точно буде допомагати марсоходу NASA досліджувати червону планету в 2021 році.
Ідея запустити щось літаюче на Марсі з'явилася вже не рік і не два тому. Ще в 2014 році інженери НАСА представили проект невеликого автономного вертольотного дрона, призначеного для нетривалих польотів. І за минулі п'ять років марсолет пройшов шлях від ідеї до вже готового прототипу, випробування якого знаходяться на заключній стадії, як повідомляє нам лабораторія реактивного руху НАСА. Чому розробка невеликого дрона зайняла стільки часу, і для чого він потрібен?
Почнемо з відповіді на друге питання. Дрон на Марсі - це не тільки очевидна демонстрація технологій із серії «дивіться, як ми можемо», але і корисна підмога для дослідження. Основне наукове навантаження марсіанських місій зараз лежить на роверах або, якщо по-нашому, марсоходах. Якщо перші апарати були досить скромних розмірів і оснащення, то сучасні марсоходи - це вже справжні лабораторії на колесах, масою з невеликий автомобіль. Наприклад, планована до запуску влітку наступного року місія Марс-2020 включає в себе ровер масою більше однієї тонни (для порівняння маса апарату «Соджонер», доставленого на Марс в 1997 році, була всього лише 11.5 кг). Однак і для мініатюрного, і для солідних розмірів марсохода є одна загальна проблема - вони не завжди добре «бачать», куди потрібно їхати.
Справа в тому, що фотографії Марса, отримані з орбітальних апаратів, не дозволяють розглянути поверхню планети в деталях. Сам же марсохід добре «бачить» все, що потрапляє в поле зору його камер, але не знає в точності, «що там, за рогом». Особливо це актуально для рельєфу з пагорбами і западинами, де за складками місцевості можуть ховатися нездоланні перешкоди. Тому у дослідників виникла ідея заповнити цю інформаційну «прогалину» за допомогою невеликого літаючого дрона-розвідника, який фотографував би передбачуваний маршрут і допомагав операторам на Землі коригувати рух марсохода.
Однак, незважаючи на те, що на Землі літаючі дрони вже давно перетворилися на дитячі іграшки, сконструювати марсіанський дрон виявилося не так просто. Умови Марса дуже відрізняються від земних, тому фізика польоту, а слідом і конструкція апарату будуть помітно іншими.
З одного боку, на Марсі розряджена атмосфера - її щільність приблизно в сто разів менше земної, а значить, і ефективність роботи гвинта буде сильно менше. З іншого - сила тяжкості на Марсі менша, тому марсіанському апарату злетіти буде дещо легше. І з цього виникає ще одна проблема - неможливість повністю змоделювати марсіанські умови на Землі: якщо низький тиск, температуру і навіть склад атмосфери можна відтворити в спеціальній барокамері, то зменшити гравітацію не вийде ніяк.
Можна, звичайно, симулювати ефект низької гравітації зменшенням маси дрона (наприклад, замість важких акумуляторних батарей подавати живлення по легких проводах) або за допомогою керованого підвісу, але ці дії все одно будуть вносити свої спотворення в справжню динаміку апарату, що може піднести сюрпризи в реальних умовах.
Тому, коли ми беремо дрон, здатний літати на Землі, і намагаємося на його основі зробити марсіанський варіант, ми фактично конструюємо апарат з нуля. Взяти той же гвинт - щоб створювати потрібну підйомну силу, він повинен бути великим і обертатися швидко. Але тут спливає нова проблема - винт, що швидко обертається, в розрядженій атмосфері стає схильним до деформуючих коливань, які в звичайних умовах «гасилися» б більш щільним повітрям.
Робимо гвинт супержіским з композитних матеріалів - і отримуємо нестабільність польоту при бічному вітрі, а погода, як ми знаємо, на Марсі буває найрізноманітніша. У результаті конструкторам доводиться намацувати такі коридори стабільності, в яких дрон міг би безпечно літати, попутно вирішуючи безліч інших завдань. При цьому дрон повинен вміти все робити сам - злітати, летіти і сідати йому доведеться повністю в автономному режимі, тому що сигнал з Марса до Землі і назад буде йти довше, ніж займе час одного польоту (трохи більше хвилини).
Саме тому тестування марсолета масою 1.8 кілограма, який не несе ніякого наукового обладнання (якщо за таке не рахувати камеру для зйомки поверхні), зайняло так багато часу, і тільки в травні цього року було прийнято остаточне рішення про включення його в майбутню місію «Марс-2020». При цьому самі конструктори апарату цілком обґрунтовано кажуть, що незважаючи на всі їхні зусилля і випробування на Землі, остаточні відповідь на питання, чи буде дрон літати, зможуть бути отримані тільки на Марсі.
Якщо все піде за планом, то запуск ракети з марсоходом і дроном відбудеться влітку наступного року, а вже взимку 2021 року модуль доставить апарати в кратер Езеро. Основним завданням марсохода буде дослідження і пошук можливих слідів життя. Від дрона ж потрібно тільки зробити маленький пробний політ, який, цілком можливо, стане великим кроком на шляху дослідження і освоєння Марса.
За матеріалами phys.org