Вертолеты для Марса: от первого полета Ingenuity до миссии по возврату образцов

Вертолеты — это удивительно практичные летательные аппараты, которые могут взлетать и садиться вертикально, маневрировать в узких пространствах и доставлять полезные грузы. Но можно ли использовать их на других планетах, например, на Марсе? Оказывается, что да, но для этого нужно учитывать ряд особенностей марсианской среды, таких как низкое атмосферное давление, малая сила тяжести и сложные метеорологические условия. В этой статье расскажу о том, как NASA разрабатывает и испытывает вертолеты для Марса, от первого в истории вертолета Ingenuity до нового поколения вертолетов для возврата образцов с поверхности Красной планеты.

Ingenuity: первый вертолет на Марсе

Вертолет Ingenuity — это небольшой летательный аппарат, который прибыл на Марс вместе с марсоходом Perseverance в феврале 2021 года. Его главная цель — продемонстрировать технологию вертолетного полета на другой планете и собрать ценные данные о марсианской атмосфере, рельефе и климате. Ingenuity имеет четыре лопасти из углеродного волокна, объединенные в два противовращающихся ротора, длиной 1,2 метра. Он весит около 1,8 килограмма на Земле, но на Марсе, где сила тяжести примерно в три раза меньше, он весит всего 0,68 килограмма. Для того, чтобы взлететь на Марсе, где атмосферное давление составляет менее одного процента от земного, вертолет должен вращаться со скоростью от 2400 до 2900 оборотов в минуту, что в пять раз быстрее, чем на Земле.

Ingenuity совершил свой первый полет 19 апреля 2021 года, поднявшись на высоту 3 метра и продержавшись в воздухе 39 секунд. С тех пор он совершил еще 66 полетов, побивая рекорды по высоте и скорости. На сегодняшний день он достиг максимальной высоты в 24 метра и максимальной скорости в 8,6 метра в секунду. Он также изучал различные места в кратере Джезеро, снимая фотографии и видео, и помогал марсоходу Perseverance выбирать маршруты и места для сбора образцов. Ingenuity превзошел все ожидания и продолжает работать, хотя изначально планировалось, что он совершит только пять полетов в течение 30 дней.

Вертолеты нового поколения: от сбора образцов до возвращения на Землю

Вертолет Ingenuity показал, что вертолетный полет на Марсе возможен и перспективен, но он имеет свои ограничения. Он не может переносить большие грузы, летать далеко или долго, или работать в суровых условиях. Поэтому NASA работает над созданием вертолетов нового поколения, которые могут превзойти по характеристикам Ingenuity и выполнять более сложные и важные задачи на Марсе. Одной из таких задач является миссия по возврату образцов с Марса, которую NASA надеется осуществить в 2030-х годах совместно с Европейским космическим агентством (ESA).

Миссия по возврату образцов с Марса будет состоять из трех частей: сбора образцов, их извлечения и возвращения на Землю. В настоящее время марсоход Perseverance собирает образцы марсианской породы и почвы в специальные контейнеры и оставляет их на поверхности в кратере Джезеро. В будущем эти образцы должны быть подобраны и доставлены на Землю для детального анализа. Для этого понадобятся несколько новых космических аппаратов, в том числе вертолеты для извлечения образцов (Sample Recovery Helicopter, SRH).

Вертолеты для извлечения образцов будут похожи на Ingenuity, но с некоторыми отличиями. Они будут иметь четыре колеса, которые позволят им ездить по поверхности Марса после посадки, чтобы подобрать образцы с помощью роботизированного манипулятора. Они также будут иметь более длинные и прочные лопасти, которые позволят им летать быстрее и дальше. Инженеры NASA в Лаборатории реактивного движения (JPL) уже испытали эти лопасти на Земле, раскрутив их до 3500 оборотов в минуту. Они также будут иметь более мощные батареи и системы связи, чтобы передавать данные и получать команды от посадочного модуля для извлечения образцов (Sample Retrieval Lander, SRL).

Посадочный модуль для извлечения образцов будет вторым космическим аппаратом, который прибудет на Марс в рамках миссии по возврату образцов. Он будет оснащен марсианским восходящим аппаратом (Mars Ascent Vehicle, MAV), который будет запускать образцы на низкую марсианскую орбиту, где они будут захвачены третьим космическим аппаратом — орбитальным модулем для возврата образцов (Earth Return Orbiter, ERO). Орбитальный модуль для возврата образцов будет доставлять образцы на Землю, где они будут изучаться учеными.

Вертолеты для извлечения образцов будут играть ключевую роль в этой миссии, так как они будут собирать образцы с разных мест в кратере Джезеро и доставлять их к посадочному модулю для извлечения образцов, который будет находиться в нескольких километрах от них. Они также будут служить глазами и ушами для посадочного модуля, передавая ему информацию о местности и погоде. Вертолеты для извлечения образцов будут работать в тесной связи с посадочным модулем, который будет координировать их действия и обеспечивать их энергией и связью.

Вертолеты для Марса — это уникальный пример того, как инженеры и ученые NASA используют свое творческое мышление и инновационные разработки, чтобы преодолеть сложные технические и научные проблемы, связанные с исследованием других планет. От Ingenuity, который открыл новую эру аэронавтики на Марсе, до вертолетов для извлечения образцов, которые могут помочь раскрыть секреты происхождения жизни в солнечной системе, марсианские вертолёты доказывают, что небо не предел для человеческого стремления к знанию и открытиям.