Адриен Боускела (слева) и Сергей Шкараев (справа) держат экспериментальный планер. Авторы и права: Emily Dieckman / College of Engineering.
Успех вертолёта Ingenuity (НАСА) побудил инженеров рассмотреть и пересмотреть все варианты удалённых воздушных наблюдений за Красной планетой. Дополнительные методы съёмки Марса с высоты птичьего полёта не только предоставят данные с более высоким разрешением о ландшафтах, недоступных для марсоходов, таких как каньоны и вулканы, но также могут способствовать изучению атмосферных и климатических процессов, что невозможно с использованием имеющихся орбитальных зондов и марсоходов.
“Пограничный слой, первые несколько километров над поверхностью, очень важен”, – сказал Александр Клинг, научный сотрудник Центра моделирования климата Марса НАСА, в своём пресс-релизе. “Здесь происходят все обмены между поверхностью и атмосферой. Здесь пыль подхватывается и выбрасывается в атмосферу, где смешиваются следовые газы, где происходит модуляция крупномасштабных ветров горно-долинными течениями. И у нас очень мало данных об этих процессах”.
Одной из концепций, над которой Клинг работает со студентами Аризонского университета, является безмоторный планер. В статье команды, опубликованной в журнале Aerospace, они отмечают, что планеры без двигателя “смягчают ограничения веса и накопления энергии, традиционно связанные с полётом с двигателем, вместо этого используя градиенты атмосферного ветра для динамического парения”.
Поскольку у них не будет силовой установки, они будут достаточно лёгкими и компактными, чтобы их можно было упаковать в кубсаты и развернуть в качестве вторичной полезной нагрузки при относительно низкой стоимости. Парусные плоскости будут либо раскладываться, как оригами, либо надуваться, как высокотехнологичные надувные доски для гребли. Другим вариантом может быть быстрое развёртывание во время входа, спуска и посадки корабля класса Mars Science Laboratory (MSL).
Марсианские планеры будут содержать специально разработанный набор навигационных датчиков, датчики температуры и газа, а также камеру для сбора информации о марсианской атмосфере и ландшафте. Авторы и права: Emily Dieckman / College of Engineering.
Студенты разработали планер с размахом крыльев около 3,3 метров и весом около 5 кг. Он будет способен нести множество навигационных датчиков, датчики температуры и газа, а также камеру для сбора информации о марсианской атмосфере и ландшафте.
Одна из идей миссии состоит в том, чтобы воздушный шар или дирижабль уносил планеры в атмосферу, а после выпускал их. Затем, планер будет использовать восходящие потоки тепла для статического парения. Ещё лучше было бы динамическое парение, которое является техникой полёта, используемой на радиоуправляемых планерах, а иногда даже на планерах с людьми, когда транспортное средство может получать энергию, многократно пересекая границу между воздушными массами с разными скоростями. Кроме того, на Марсе скорость ветра часто увеличивается с высотой, что помогает переносить планер на большие расстояния.
В своей статье команда сообщила, что использовала уравнения движения для планеров в сочетании с профилями ветра из компьютерной программы, которая имитирует циркуляцию марсианской атмосферы в региональном и локальном масштабах (MRAMS). Они провели исследования для двух репрезентативных мест: кратера Джезеро, места посадки Perseverance и участка каньона Valles Marineris.
“Численные результаты для полных динамических циклов парения показали, что общая энергия планера в конце цикла парения увеличивается на 6,8–11%”, – написала команда.
По оценкам исследователей, планеры могут постоянно собирать энергию из атмосферы, летая часами или даже днями.
Художественная иллюстрация марсианского вертолёта, летящего в небе над Красной планетой. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.
Вертолёт Ingenuity достиг Марса вместе с марсоходом Perseverance в феврале 2021 года и весит всего 1,8 кг. С миниатюрной технологией полёта и размахом несущей системы около 120 сантиметров, это первое устройство, испытавшее управляемый полёт на другой планете. На момент написания этой статьи он совершил 29 успешных полётов, хотя изначально планировалось совершить всего несколько полётов. Однако, продолжительность полёта зонда на солнечной энергии составляет всего три минуты, а высота на которую он может подняться не превышает 12 метров.
“Все эти технологии были очень ограничены по энергопотреблению”, – сказал первый автор статьи, Адриен Боускела. “Мы предлагаем использовать энергию на месте. Это своего рода скачок вперёд в методах расширения миссий. Потому что главный вопрос: как можно летать бесплатно? Как вы можете использовать имеющийся там ветер, тепловую динамику, чтобы не использовать солнечные батареи и не полагаться на батареи, которые нужно перезаряжать?”
В Университете Аризоны заявили, что команда в конечном итоге надеется на то, что НАСА профинансирует миссию и позволит ей “прокатиться” на крупномасштабной миссии к Марсу, которая уже находится в разработке. По словам Клинга, разработка планера может быть реализована относительно быстро, возможно, за годы, а не десятилетия, необходимые для полномасштабной миссии.
Больше информации: Aerospace
Источник: universetoday.ru
