Мини-вертолёт Mars Helicopter Scout на солнечных батареях сможет летать в разреженной атмосфере Марса до трёх минут в день на расстояние до 600 метров
После длительных обсуждения администрация НАСА приняла решение включить 1,8-килограммовый дрон-вертолёт на солнечных батареях Mars Helicopter Scout (MHS) в состав миссии «Марс-2020».
Комплектация спускаемой ступени «Марс-2020» уже полностью известна. Все научные инструменты определены. Неизвестным оставалось только одно — оставить ли в комплекте станции маленький беспилотный вертолёт MHS. Вроде бы и вес его невелик. С другой стороны, от дрона не такая уж большая польза: он способен летать не дольше трёх минут в день на расстояние до 600 метров.
Но «скауту» повезло. Его всё-таки возьмут на Марс.
«Захватывает сама идея вертолёта, летящего в небе другой планеты, — сказал администратор НАСА Джим Бриденстайн (Jim Bridenstine). — У Mars Helicopter большие перспективы для научных и разведывательных миссий».
Судя по всему, отправка вертолёта на Марс имеет не только научную и исследовательскую цель, но несёт задачу популяризации науки: «США становятся первой страной в истории, которая отправляет в другой мир летательный аппарат тяжелее воздуха, — сказал конкрессмен Джон Калберсон (John Culberson). — Это захватывающее и дальновидное достижение вдохновит молодых людей по всей стране стать учёными и инженерами, проложив путь к ещё большим открытиям в будущем».
Вертолёт разрабатывался с августа 2013 года в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL). После четырёх лет проектирования, тестирования и дизайна создан БПЛА весом 1,8 килограмма, его фюзеляж размером примерно с грейпфрут.
Двойные лопасти вращаются в противоположные стороны на скорости 3000 оборотов в минуту — это примерно в 10 раз быстрее, чем у вертолётов на Земле.
Технологическая демонстрация вертолёта Mars Helicopter Scout
Сейчас NASA осуществляет этап ATLO, то есть операции по сборке, тестированию и запуску в рамках миссии «Марс-2020». В марте продолжалось электрическое подключение лётного оборудования к спускаемой ступени аппарата, которая посадит марсоход на марсианскую поверхность ориентировочно в феврале 2021 года.
Вертолёт Mars Helicopter Scout оснащён солнечными элементами для зарядки литий-ионных батарей и системой обогрева для холодных марсианских ночей.
«Рекорд высоты полёта вертолётов на Земле составляет около 40 тысяч футов (12 200 метра). Плотность марсианской атмосферы составляет 1% от земной, поэтому на поверхности Марса плотность атмосферы эквивалентна 30,5 км над Землей, — говорит Мими Аунг (Mimi Aung), руководитель проекта Mars Helicopter в JPL. — Чтобы заставить его летать при такой низкой плотности атмосферы, пришлось тщательно всё изучить, максимально облегчить вес и до предела увеличить мощность».
Как только марсоход окажется на поверхности планеты, будет найдено подходящее место, чтобы опустить вертолёт на грунт. Затем ровер отъедет на безопасное расстояние, откуда будет передавать команды. Когда батареи «скаута» зарядятся и завершатся тесты, операторы с Земли дадут команду на первый в истории автономный полёт дрона на другой планете.
Полная 30-дневная лётно-испытательная кампания включает в себя до пяти полётов с постепенным увеличением расстояния до нескольких сотен метров и длительностью до 90 секунд. Во время первого испытательного полёта запланирован вертикальный подъем на три метра, зависание на 30 секунд и посадка.
Специалисты считают, что у таких дронов отличные перспективы для разведывательных миссий: «Способность ясно видеть, что находится за следующим холмом, имеет решающее значение для будущих исследователей», — сказал Томас Цурбюхен (Thomas Zurbuchen), соадминистратор Управления научной миссии НАСА. — У нас уже есть прекрасные виды на Марс как с поверхности, так и с орбиты. С дополнительным измерением вида с высоты птичьего полета от марсокоптера можно только представить, какие миссии становятся возможными».
Миссия «Марс-2020» планируется к запуску в июле 2020 года на борту ракеты Atlas V. Марсоход проведет геологическую оценку места посадки на Марсе, определит пригодность окружающей среды для обитания человека, проведёт поиск следов древнемарсианской жизни, оценит природные ресурсы и опасности для будущих исследователей. Кроме того, с помощью установленных на борту научных инструментов учёные планируют идентифицировать подходящие образцы камней и почвы. Марсоход соберёт их, запечатает в герметичные контейнеры и оставит на поверхности Марса. В рамках будущих миссий эти контейнеры найдут, а потом доставят на Землю для более тщательного анализа.
Комментарии (66)
Marwin
12.05.2018 16:23интересно, чем вертолёт предпочтительней дирижабля… учитывая 1% давления, объем шара нужно всего лишь в 5 раз больше, чем тут — не так уж и много, а надёжность вертолёта что-то совсем не внушает
ploop
12.05.2018 16:54Бури?
Marwin
12.05.2018 16:57+1шар можно сдувать/надувать при необходимости насосиком
хотя тут всё ж от целей наверно зависит… если использовать вертолёт именно как периодический обзор для ровера — тогда да, вертолёт лучше подходит, чтоб не унесло.
YNile
12.05.2018 17:18+5Бурь на Марсе не бывает. По крайней мере таких, которые показаны в фильме «Марсианин»
ploop
12.05.2018 17:27Да это понятно, что не такие, но и размер (соответственно и парусность) дирижабля будет намного больше, чем на земле.
Хотя хз, я вообще сильно удивился с этого топика — что можно сделать вертолёт тоже не верилось.
Tyusha
12.05.2018 17:05+5Вы ошибаетесь. Вес воздуха 29 г/моль. Вес марсианской атмосферы (95% СО2, 3% N2): 42 г/моль. Давление 6 мбар. Температура пусть у нас 300К, а на Марсе 200К. Получаем, что плотность атмосферы Марса 0,006 * 42/29 * 300/200 = 0,012 от плотности земной атмосферы.
Меньшая сила тяжести на Марсе в одинаковой степени влияет и на вес аппарата, и на силу Архимеда, т.е. тут выгоды никакой. Это значит, что объём аэростата должен быть в 80 раза больше, чем на Земле.mad_god
12.05.2018 17:49можно как-то забрать С из СО2?
nickName0
12.05.2018 21:19Да, можно.
Простейший вариант — фотосинтез (растительность и микроорганизмы).
Но для них (речь о земных) — надо поддерживать определённые условия по:
температуре, давлению, составу атмосферы, освещённости.
Короче — вариант не из самых простых.
Кроме использования живых организмов — можно использовать и установки, что будут запитываться от, например, РИТЭГов.
Только что затем с этим углеродом делать?
Это — не самый разумный вариант (imho), на что стОит тратить энергию.lokiby
13.05.2018 08:41Забирая С из СО2 мы получим О2 в атмосфере, а С можно просто выкинуть. Думаю это имелось в виду))
killik
13.05.2018 14:38Зачем выкинуть, это же отличный строительный материал. Чуть добавить Н, и вот уже… СН2-СН2-…
Да и в чистом виде алмаз и графен штуки ценные. (По закону подлости получится естественно только сажа, зато много и мелкая)
DrPass
12.05.2018 23:53Мне кажется, дирижабль будет банально тяжелее вертолёта. Здесь моторчик + винт + батарейки, в дирижабле же надо будет и оболочку с каким-то механизмом складывания, и насос, и систему клапанов, и емкость с водородом/гелием. И ещё пару моторчиков, батарейки и т.д. Попробуй уложись в два килограмма.
nckma
13.05.2018 07:06Но дирижабль можно привязать на ниточке к роверу и пусть все время окрестность сверху ранслирует.
isden
14.05.2018 10:15И через некоторое время его можно будет выкинуть и забыть :(
Гелий весь убежит.
Есть еще вариант использовать водород и восполнять его запасы из воды (льда) на месте, но об этом пока можно только мечтать.
Greendq
12.05.2018 16:38+2проведет геологическую
А вот интересно, как будет правильно — как в статье или «аресологическую»? А как называть разведку на других планетах без собственных названий?maxzhurkin
12.05.2018 17:01-6Шелдон Купер, хоть он и вымышленный персонаж, утверждает, что геология — не наука
kova23
12.05.2018 18:15+7хорошо так утверждать, используя вещи из железа, пластика, меди и всего остального найденного и добытого геологами :)
SargeT
13.05.2018 17:33Шелдон Купер, точнее кто там за него это утверждает, либо тролль ради рейтинга сериала (во что хочется верить), либо не разбирается в вопросе. Одна только сейсмика как метод к науке имеет большее отношение, чем, например, пресловутый Итан со своей болтовнёй. Я уж молчу про литологию. Извините, задело.
vassabi
12.05.2018 19:39+1unxed
12.05.2018 19:58+6Ждём тайконавтов, рассчитывающих переаресий, используя аресометрию.
Да когда уже эта дичь с отдельными названиями для каждой страны и небесного тела закончится?
Слово «позвонить» используется вовсю, хотя ничего звенящего в телефонах давно нет.
Кто когда последний раз чинил перо перочинным ножем?
Слово это просто удобный ярлык для понятия.differentlocal
12.05.2018 21:10+1переаресий
Перицентр.
Устоявшиеся названия есть у Земли (перигей/апогей), Солнца (перигелий/афелий) и Луны (периселений/апоселений). В неспецифичном случае — перицентр и апоцентр, никакого зоопарка нет.
sasha1024
12.05.2018 17:20+5Интересно, что будет, если он потеряет вертикальное положение. Допустим, поток воздуха перевернёт его во время стоянки. Сможет ли он подняться?
lokiby
12.05.2018 20:40При весе в 1.8 кг и размерах грейпфрута его и на земле обычный ветер не перевернет, а с марсианской атмосферой и подавно. Единственная возможность — ошибка при посадке, но думаю там датчиков достаточно, чтобы ровную площадку выбрать.
ЗЫ. наверное еще какой-нибудь диверсант может специально неправильную программу полета заложить. Или сантиметры с дюймами перепутатьVaalKIA
12.05.2018 20:44+1Оползни, они уже 1 аппарт точно загубили, учитывая малый радиус действия ровная и безпасная — это будут не синонимы.
Insane11
13.05.2018 12:09+1Если сантиметры с дюймами перепутают, то можно будет написать статью с заголовком «Империя наносит ответный удар!». = )
Arxitektor
12.05.2018 17:20+2А как интересно он управляется? полёт вперёд-назад право-лево?
По идее должен быть автомат перекоса? И почему не квадрокоптер? Ниже эффективность и
понадобиться большая рама? Но её можно сложить. А прямой привод на роторы надежнее.
Хотя у вертолёта тоже может быть прямой привод.
Но управление у дронов все равно проще. Не даров основная игрушка дрон )VaalKIA
12.05.2018 18:43+2Думаю, что квадракоптер не подошёл по размерам, учитывая, что они увеличили скорость вращения винта в 10 раз, то, наверное, падение линейной скорости лопастей от диаметра тут принципиальна и они и так лопасти сделали больше чем хотели.
Goodwinnew
12.05.2018 20:22+1Ух ты. Давно было интересно, можно ли принципиально сделать вертолет для марсианской атмосферы. Проблема в ограничении скорости звука — край винта не должен быстрее скорости звука двигаться, иначе нехорошо будет… Всякие там ударные волны, неламинарное течение среды и пр. 3000 об/мин = 500 об/сек. При длине лопасти 1 м (наверное), длина окружности = порядка 6 м с копейками (которая 2 Пи R). Получается для края лопасти 6*500 = 3 км/сек. Там наверное очень интересная физика подъемной силы. Собственно именно поэтому у земных вертолетов в 10 раз меньше — иначе за скорость звука уезжаем.
SHVV
12.05.2018 20:49+1Нолик лишний. 3000 об/мин = 50 об/сек.
P.S. Не успел.Goodwinnew
12.05.2018 22:30А, да, сорри. Нолик потерял. Тогда все в порядке — скорость конца лопасти 300 м/с.
VaalKIA
13.05.2018 02:06При этом, скорость звука (скорее всего 1атмосфера и 0градусов цельсия) в Азоте 334м/с, а в углекислом газе 259м/с. При снижении давления или температуры скорость звука падает, повторите расчёты на звуковой барьер и турбулентность?
censor2005
13.05.2018 09:31При снижении давления и плотности атмосферы, эффекты турбулентности наверное тоже падают?
Aplgt
14.05.2018 15:03В газодинамике переход от ламинарного течения к турбулентному определяется критическим числом Рейнольдса, у которого в числителе плотность, скорость и гидравлический диаметр, а в знаменателе — вязкость. Поэтому да, со снижением плотности атмосферы число Рейнольдса уменьшается, турбулизироваться поток начнёт на бОльших скоростях (это будет верным без учёта влияния вязкости, я просто не знаю как оценить её для марсианской атмосферы).
killik
13.05.2018 15:01Ну округлили может. Я бы за 200 м/с не выходил, ну так я не НАСА. Возможно, там адаптивные лопасти вообще, при угрожающих вибрациях меняют профиль. Рэндер промоушный конечно ни о чем, только в заблуждение вводит своими леонардовскими опахалами. А ведь именно НАСА составили в своё время 80 лет назад каталог профилей крыла под многие числа Рейнольдса, я щитаю выпускать такой ролик с их стороны моветон.
Goodwinnew
13.05.2018 16:46Посмотрел на разных сайтах — да, на поверхности Марса там 240 м/с (в среднем). Двигаясь обратно по формулам получаем радиус лопасти не более 70 см. (что бы не уйти за звуковой барьер). Ну хорошо. Никто не спорит, сделали — молодцы. Интересно как (да, понятно, что гравитация на Марсе пониже и играет в нашу сторону). С учетом того, что мировой рекорд для вертолетов 20 км, а тут надо на уровне высоты 30 км (для Земли). Скоростью/длинной лопасти мы особо управлять не можем, нас ограничивает скорость звука на конце лопасти. Только профилем лопасти?
Goodwinnew
13.05.2018 16:54UPD
Еще в инете пишут, что вес всей конструкции 1 кг, диаметр лопасти 1 м.
1 кг на Марсе = это я так понимаю вес 4 000 Ньютонов. (1000 гр * 4 м/с.кв). Собственно надо с этой площади ометания винта выжать порядка 5000 Ньютонов подъемной силы. Вот интересно, как?Goodwinnew
13.05.2018 17:14UPD
Еще посмотрел. Давление на поверхности 1% от земного, это да. В 100 раз меньше. Но вот плотность атмосферы — меньше в 60 раз, а не в 100. А на подъемную силу влияет плотность, а не давление. Наверное, впритык по формулам для возможности летать пролезли :) Скорее всего 20 км Земли (который рекорд) = вертолет на Марсе с учетом более низкой гравитации и плотности атмосферы в 60 раз ниже (а не в 100 раз).
unC0Rr
13.05.2018 18:431 кг на Марсе = 4 Ньютона.
Goodwinnew
13.05.2018 21:00Сорри, да, в — СИ — там базовая величина 1 кг, а не в граммах :) Согласен = 4 Ньютона.
REPISOT
13.05.2018 15:46Учитывая, что вопрос стоит «брать / не брать», а не «делать / не делать». Ответ уже получен. И испытания в барокамере проводились. Это не самолет, ему места хватает.
DEM_dwg
13.05.2018 08:19При таком количестве запусков, не лучше ли использовать одноразовые ракеты.
На них разряженная атмосфера не будет влиять отрицательно. Или аналог гранатомета выстреливать можно сжатым воздухом или пружиной. Иследовательские модули оснащать только камерой с передачей видео по wi-fi или тонким проводам.unclejocker
13.05.2018 11:44+1Наверное проще, но тогда мы не узнаем можно ли построить летательный аппарат для Марса и как он там будет работать. Так то братья Райт с первой попытки 30 метров пролетели, не стоило и огород городить — проще пешком пройти:)
GeekberryFinn
13.05.2018 14:56Плотность марсианской атмосферы составляет 1% от земной… Двойные лопасти вращаются в противоположные стороны на скорости 3000 оборотов в минуту — это примерно в 10 раз быстрее, чем у вертолётов на Земле.
Авторотация в таком случае возможна?killik
13.05.2018 15:08Да, как и ветряки на Марсе. Если конечно лопасти не будут переутяжелены, что я подозреваю.
rarfspectre
14.05.2018 08:39мне кажется было разумно те только обороты добавить, но и угол атаки существенно увеличить. На земле это бы сыграло злую шутку, но в разряженной атмосфере было бы кстати
HerrDirektor
Прям как в "Красной планете", только там железный кошак дрона запускал.