Напомним: в апреле 2021 года первый в истории вертолет-дрон, прибывший на Марс вместе с марсоходом Perseverance ("Настойчивость"), совершил первый испытательный полет на Красной планете. Миниатюрный винтокрылый аппарат весом 1,8 кг был самым настоящим "изюмом" миссии Perseverance. Он должен был раскрыть потенциал "винтокрылов" за пределами Земли.
Изначально планировалось, что "вертушка" будет запущена несколько раз. Ingenuity высотой 80 см имел два соосных винта диаметром 1,2 м. Вертолет мог совершать полеты в течение 2-3 минут на расстояние до 600 метров. Был оснащен двумя камерами и был способен зависать в воздухе на 20-30 секунд для фотографирования местности.
Но в 2024 году вертолет сломался. Однако успел совершить на Марсе 72 взлета и пролететь в общей сложности около 17 километров.
Так вот, как отмечают специалисты, приближение лопастей вертолета к скорости звука связано с серьезными аэродинамическими трудностями. Уже при скорости около 0,8 числа Маха начинают возникать ударные волны, усиливается сопротивление воздуха, появляются нестабильные потоки и турбулентность, создающие дополнительные нагрузки на конструкцию.
На Земле, как отмечается, подобные проблемы решаются за счет сложных испытаний и инженерных решений. Однако для Марса задача оказывается намного труднее из-за совершенно иных атмосферных условий. Вертолет Ingenuity работал исключительно в дозвуковом режиме. Скорость кончиков его лопастей не превышала примерно 0,7 числа Маха.
Инженеры NASA, как сообщается, провели испытания в специальной камере, где давление воздуха снижалось до уровня, соответствующего атмосфере Марса. В этих условиях исследователи сумели разогнать роторы до скорости 1,08 числа Маха, значительно расширив потенциальные возможности будущего аппарата.
Из-за низкой плотности атмосферы Марса скорость звука на планете ниже земной и составляет около 869 километров в час против примерно 1225 километров в час на уровне моря на Земле. Это позволяет достигать первого числа Маха при меньшей абсолютной скорости вращения лопастей. Во время испытаний специалисты протестировали две конструкции роторов - трехлопастную и двухлопастную. Трехлопастной вариант развивал до 3750 оборотов в минуту, при которых кончики лопастей достигали скорости 0,98 числа Маха. Двухлопастная система с более длинными лопастями обеспечивала такую же скорость уже при 3570 оборотах в минуту. Для сравнения, роторы Ingenuity никогда не превышали 2700 оборотов в минуту.
Новые марсианские вертолеты смогут нести более тяжелое научное оборудование по сравнению с Ingenuity. Если проект будет развиваться по плану, миссия SkyFall стартует в конце 2028 года. По данным СМИ, NASA намерено отправить к Марсу сразу три вертолета нового поколения. Предполагается, что они будут заниматься разведкой мест будущей высадки людей и поиском залежей водяного льда под поверхностью планеты.