Компьютерная графика. Примерно так может выглядеть Prandtl-M у марсианской поверхности. Рендер: NASA Illustration / Dennis Calaba
На аэродроме Лётно-исследовательского центра им. Армстронга НАСА группа студентов из калифорнийского колледжа Irvine Valley College успешно испытали прототип планера, который когда-нибудь в будущем могут запустить на Марсе. Планер под названием Preliminary Research Aerodynamic Design to Land on Mars (сокращённо, Prandtl-M) специально рассчитан для полёта в разреженной атмосфере Красной планеты.
Слева направо: Дерек Абрамсон (Derek Abramson), Джастин Холл (Justin Hall) и Александер Фрок (Alexander Frock) прикрепляют планер Prandtl-M к летательному аппарату Carbon Cub, чтобы сбросить его с высоты 150 метров. Фото: NASA Photo / Kyria Luxon
Атмосфера Марса существенно отличается от земной. Она гораздо более разреженная. Давление у поверхности составляет всего лишь от 0,7 кПа на пике гигантской горы Олимп до 1,155 кПа на глубине равнины Эллада, которая находится на 9 км ниже окружающей её возвышенности и на 7 км ниже среднемарсианского уровня. Такое давление составляет примерно 1/110 от земного атмосферного давления у поверхности, или равно земному на высоте свыше 30 км. Марсианская гравитация составляет 38% от земной, что немного облегчает задачу конструирования аппарата.
Из-за разреженности марсианской атмосферы планер должен очень лёгким. Поэтому корпус изготовлен из углеродного волокна. Этот материал состоит из тончайших нитей диаметром от 5 до 15 мкм и отличается высокой прочностью и лёгкостью.
Прототип Prandtl-M с дистанционным управлением изготавливался студентами самостоятельно. Инженеры НАСА специально ничего не подсказывали, чтобы те самостоятельно допускали ошибки и исправляли их — только так ребята получат необходимые опыт и знания.
На следующем этапе студенты попытаются сделать полностью автономный беспилотный летательный аппарат, что будет довольно непростой задачей, учитывая ограничения на вес.
В будущем такие летательные аппараты в атмосфере Марса могут собирать научные данные, которые будут отправляться на землю для анализа. Атмосфера Марса ещё не до конца изучена, как и марсианский климат. Например, проведённые в 2013 году исследования выявили, что в марсианской атмосфере гораздо больше водяного пара, чем предполагалось ранее, и даже больше, чем в верхних слоях атмосферы Земли. Водяной пар сосредоточен в водно-ледяных облаках на высоте от 10 до 30 км. Правда, студенческий планер Prandtl-M никак не сможет добраться на такую большую высоту, он будет летать совсем близко к поверхности. Тем не менее, собранные им данные могут быть очень полезными.
Эмерсон Бейкер (Emerson Baker) и Кейтлин Кеннеди (Caitlyn Kennedy) проводят последнюю проверку Prandtl-M перед испытательным полётом. Фото: NASA / Lauren Hughes
Группа студентов работает над проектом в рамках студенческих программ NASA Flight Scholars и Education Unmanned Aerial Systems, которые специально предназначены для того, чтобы школьники и студенты могли участвовать в реальных научных проектах и космических миссиях НАСА.
Студенты пробовали разные формы крыльев планера и многократно сбрасывали его с крыши, прежде чем добавить к планеру сервомоторы для управления элеронами. В конце концов, ребят допустили к испытаниям в Лётно-исследовательском центре им. Армстронга НАСА.
На следующих испытаниях Prandtl-M сбросят с высоты 30 км, где плотность атмосферы примерно такая же, как у поверхности Марса. В принципе, если проект докажет свою жизнеспособность, то такие беспилотные летательные аппараты можно запускать и в верхних слоях земной атмосферы.
Разработчики предполагают, что планер продержится в атмосфере Марса примерно 10 минут. Такие аппараты могут добавить к полезному грузу транспортного корабля, который планируют отправить к Марсу в 2022-2024 годы.
Комментарии (28)
rfvnhy
19.08.2016 19:27-3На комп. симуляции какая-то нереально малая площадь крыла мне кажется…
Хотя там размера нет, может он гигантский…
В общем если уж планер, то с более широкими, чем для Земли крыльями…
Хотя вопрос какие там ветровые нагрузки…A-Stahl
19.08.2016 20:44-1>На комп. симуляции какая-то нереально малая площадь крыла
Ну а вы что хотели? Это же студенты из какого-то там институтишки и сраные инженеришки из NASA, да они гирю спроектировать не смогут. Они же тупы-ы-ы-ые…
Ох уж эти диванные аналитики…
arheops
19.08.2016 22:38Толщина крыла зависит от скорости движения. Больше скорость — тоньше крыло можно применить. А уж ОПТИМАЛЬНАЯ площадь крыла зависит исключительно от плотности атмосферы и веса планер+нагрузка. Может там нагрузки 10 грамм.
rfvnhy
22.08.2016 11:52И все же мне кажется соотношение длинна/ширина крыла должна быть другой.
Просто из расчета что более длинное крыло будет менее прочным _при прочих равных_.
Про толщину, общий размер устр-ва я ничего не говорил, а под площадью все же имел ввиду ширину крыла (от носа к «хвосту» размер)arheops
22.08.2016 12:15+1Вы наверно не видели в реале вещей из чистого карбона. К примеру карбоновая лата 8мм толщины спокойно держит мой вес(поперек), а это 120кг+. Материал заявлен карбон. С прочностью все ок, поверьте.
abstractbug
22.08.2016 15:34Насколько я помню с 5 класса (ходил на секцию, планерки клеить до 4 метров в размахе), расчет планера начинался с его взлетной массы, от туда бралась площадь крыла, а зная его (крыла) удлинение — варьировалась длинна и хорда. А потом уже все остальные параметры. Могу добавить что планирует почти любой кирпич, если его правильно от центровать, причем с повреждением обшивки под 80% что нам показывали наглядно, просто пробив всю обшивку между нервюрами.
Nemezida228
19.08.2016 21:26Давление у поверхности составляет всего лишь от 0,7 кПа на пике гигантской горы Олимп
А википедия пишет, что:
Атмосферное давление на вершине Олимпа составляет лишь 2 % от давления, характерного для среднего уровня марсианской поверхности (для сравнения — давление на вершине Эвереста составляет 25 % от показателя на уровне моря). Учитывая, что на поверхности Марса давление составляет менее 0,01 атмосферы, разреженность среды на вершине Олимпа почти не отличается от космического вакуума.
0.01 атм. = 1000 Па. 1000 Па*0.02=20 Па, или 0.02 кПа. Но никак не 0.7 кПа.
до 1,155 кПа на глубине равнины Эллада
А в википедии написано, что 1.24 кПа.
И вообще, подъёмная сила крыла зависит от плотности воздуха, а не от давления. А плотность воздуха на среднемарсианском уровне составляет 20 г/м3, в равнине Эллада почти 30 г/м3. Это в 40 раз меньше, чем на Земле и соответствует высоте 27 км на нашей планете. Миг-25 летал на высоте 37 650 метров, плотность воздуха там в 5 раз меньше, чем в равнине Эллада.
Ну и конечно же гравитация играет роль.
arheops
19.08.2016 22:41+1У МиГа тяговооруженность сильно больше его веса. Он и на высоте 1км — не планирует обычно.
Ethril
20.08.2016 13:44Тяговооружённость на форсаже больше единицы — фишка истребителей 4-го поколения. Согласно Вики, у МиГ-25 — «всего лишь» 0.41.
arheops
20.08.2016 17:230.41 это с максимальной летной массой(с вооружением). А рекорд полюбому делался даже с пустыми баками. У миг-25 у КАЖДОГО двигателя форсаж больше 11тонн. А минимальная масса 20т. Не могу понять, где вы 0.41 нашли. С полной загрузкой у него 0,667.
LSDtrip
20.08.2016 13:48У Миг-25 потолок 23 км. Всё, что выше — это прыжки по балистической тракетории. Проблемы полёта на больших высотах не в подъемной силе крыла, а в потере тяги двигателя и управляемости. У SR-71 кстати потолок 26 км. Ну и многие самолёты прагали почти в 2 раза выше своего потолка. Список рекордов высоты полёта
ababich
19.08.2016 23:03+3Разработчики предполагают, что планер продержится в атмосфере Марса примерно 10 минут.
в смысле? с какой высоты он будет падать 10 минут?
а в чем смысл 10 минут изучения атмосферы, если ее можно изучать годами с роверов, которые по поверхности катаются
а на планере будут датчики? источники энергии? передающая аппаратура? и сколько она весит?LSDtrip
20.08.2016 15:32Естественно там будут датчики, системы навигации, управления и прочее. Даже если это сделать из г и палок за пару баксов, которое обычно подключается к ардуине, это будет несколько десятков грамм. 10 минут вполне хватит, учитывая, что таких аппаратов можно доставить несколько тысяч за раз.
zloydiadia
22.08.2016 10:37+1кстати если уж стратосферные зонды плавают в атмосфере значительно худшей по сравнению с марсианской, то почему ни один такой не сбросили ни разу. нет понятно что поверхность манипулятром не пощупать но скорость то перемещения в разы больше.
хотя конечно может быть и такое, что разницы в качестведанных с стратосферного зонда и со спутника не сильнго отличаться будут
Jamato
Планер в настолько разреженной атмосфере звучит достаточно безумно. Водородный дирижабль бы уж тогда делали.
Zenitchik
Дирижабль в столь разреженной атмосфере — это ещё безумнее. Потому что грузоподъёмность дирижабля зависит почти исключительно от плотности окружающей среды. Массой газа внутри оболочки в случае гелия или водорода можно пренебречь.
Gibboustooth
Это вопрос размеров дирижабля.
roboq6
Тогда как насчёт летального аппарата у которого внутри чистый вакуум? Причём оболочка настолько жёсткая что предотвращает схлопывание.
isden
Вакуум, конечно, лучше газа. Но тут проблема в прочности (->массе) оболочки необходимого объема.
Zenitchik
Выиграете массу, равную массе водорода в объёме оболочки при давлении равном внешнему. Т.е. очень мало выиграете.
geher
Скорее будет даже проигрыш, поскольку потребуется жесткая и более прочная оболочка, которая наверняка будет весить в разы больше, чем мешок для газа вместе с газом…
Wizard_of_light
Такую оболочку не сделать достаточно лёгкой, к сожалению. Даже для Марса мы говорим о материале, который не должен деформироваться под нагрузкой от 40 до 90 кг на квадратный метр.
ababich
закон Архимеда в школе уже не учат :(
Jamato
Рекорд высоты для современных метеозондов свыше 50км. Там условия гораздо (!) хуже марсианских. Учитывая, что они рассчитаны на длительную работу на такой высоте, естественно они лучше чем планер-десятиминутка.
Zenitchik
Метеозонд — это немножко не дирижабль. Ради экономии массы отказались от всего, и в первую очередь от двигателя и управления.
А по сути — согласен. Аэростат — лучше сабжа, при условии, что его удастся доставить на Марс.