NASA använder två världar för att testa framtida helikopterkonstruktioner på Mars

By | November 23, 2023

Den här artikeln har granskats i enlighet med Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har lyft fram följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

verifierad

pålitlig källa

korrekt


Marshögen ur perspektivet av Ingenuity-helikoptern i 3D: Denna 3D-vy av en stenhög som heter “Faillefeu” skapades från data som samlats in av NASAs Ingenuity Mars-helikopter under sin 13:e flygning till Mars den 4 september 2021. Krediter: NASA/JPL- Caltech

× nära


Marshögen ur perspektivet av Ingenuity-helikoptern i 3D: Denna 3D-vy av en stenhög som heter “Faillefeu” skapades från data som samlats in av NASAs Ingenuity Mars-helikopter under sin 13:e flygning till Mars den 4 september 2021. Krediter: NASA/JPL- Caltech

För första gången i historien har två planeter varit värd för tester av framtida flygplanskonstruktioner. I den här världen testades nyligen en ny rotor som skulle kunna användas med nästa generations Martian-helikoptrar, som snurrar i nästan supersoniska hastigheter (Mach 0,95), vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. Under tiden har byråns Ingenuity Mars-helikopter uppnått nya höjd- och flyghastighetsrekord på den röda planeten i namnet av experimentella flygtester.

“Våra nästa generations Mars-helikoptertester har bokstavligen haft det bästa av två världar”, säger Teddy Tzanetos, Ingenuity-projektledare och chef för Mars Sample Recovery Helicopters. “Här på jorden har du all instrumentering och praktisk omedelbarhet du någonsin kan önska dig när du testar nya flygplanskomponenter. På Mars har du verkliga förhållanden utanför världen som du aldrig riktigt skulle kunna återskapa här på jorden.” Det inkluderar en mycket tunn atmosfär och betydligt lägre gravitation än på jorden.

Nästa generations kolfiberrotorblad som testas på jorden är nästan 4 tum (mer än 10 centimeter) längre än de på Ingenuity, med större styrka och en annan design. NASA tror att dessa blad kan möjliggöra större, mer kapabla helikoptrar på Mars. Utmaningen är att när bladspetsarna närmar sig överljudshastigheter kan turbulensen som orsakar vibrationer snabbt komma utom kontroll.

För att hitta ett utrymme som är tillräckligt stort för att skapa en Mars-atmosfär på jorden, vände sig ingenjörer till JPL:s 25 fot breda, 85 fot höga (8 meter gånger 26 meter) rymdsimulator, en plats där Surveyor, Voyager och Cassini testade rymdmiljöer för första gången. Under tre veckor i september övervakade ett team sensorer, mätare och kameror när bladen uthärdade slag efter slag i allt högre hastigheter och större lutningsvinklar.


Ett dubbelrotorsystem för nästa generations Mars-helikoptrar testas den 15 september i NASA:s Jet Propulsion Laboratorys 25-fots rymdsimulator. Längre och starkare än de som används på Ingenuity Mars-helikoptern, nådde kolfiberbladen nästan supersoniska hastigheter under testning. Kredit: NASA/JPL-Caltech

“Vi snurrade våra blad upp till 3 500 rpm, vilket är 750 varv per minut snabbare än Ingenuitys blad”, säger Tyler Del Sesto, biträdande chef för provåtervinningshelikoptertestning vid JPL. “Dessa mer effektiva blad är nu mer än en hypotetisk övning. De är redo att flyga.”

Ungefär samtidigt, och cirka 100 miljoner miles (161 miljoner kilometer) bort, beordrades Ingenuity att prova saker som Mars Helicopter-teamet aldrig trodde att de skulle göra.

Fjärde rockflygprovet

Ingenuity var ursprungligen planerad att flyga högst fem gånger. Sedan dess första flygning kom in i uppdragsloggboken för mer än två och ett halvt år sedan har helikoptern överskridit sitt planerade 30-dagarsuppdrag 32 gånger och flugit 66 gånger. Varje gång Ingenuity tar fart täcker det ny mark och erbjuder ett perspektiv som inget tidigare planetuppdrag kunde uppnå. Men på sistone har Team Ingenuity tagit sin solcellsdrivna helikopter ut på en snurr som aldrig förr.

“Under de senaste nio månaderna har vi fördubblat vår maximala flyghastighet och höjd, ökat våra vertikala och horisontella accelerationshastigheter och till och med lärt oss att landa långsammare”, säger Travis Brown, chefsingenjör för Ingenuity på JPL. “Att expandera kuvertet ger ovärderlig data som kan användas av uppdragsdesigners för framtida Mars-helikoptrar.”


Den här videon kombinerar två perspektiv av den 59:e flygningen av NASA:s Ingenuity Mars-helikopter. Videon till vänster fångades av Mastcam-Z på NASA:s Perseverance Mars-rover; Den svartvita videon till höger togs av Ingenuitys nedåtvända Navcam. Flygningen skedde den 16 september. Kredit: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Begränsad av tillgänglig effekt och motortemperatur, tar ingenuity-flygningar vanligtvis mellan två och tre minuter. Även om helikoptern kan täcka mer mark i en enda flygning genom att flyga snabbare, kan flygning för snabbt förvirra navigationssystemet ombord. Systemet använder en kamera som känner igen stenar och andra ytegenskaper när de rör sig genom dess synfält. Om dessa funktioner sker för snabbt kan systemet gå vilse.

Så, för att uppnå en högre maximal markhastighet, skickar teamet kommandon till Ingenuity att flyga på högre höjder (instruktioner skickas till helikoptern före varje flygning), vilket håller funktionerna synliga längre. Flight 61 satte ett nytt höjdrekord på 24 meter (78,7 fot) samtidigt som de kontrollerade Mars vindmönster. Med flight 62 satte Ingenuity ett hastighetsrekord på 22,3 mph (10 meter per sekund) och sökte en plats för Perseverance rover-vetenskapsteamet.

Teamet har också experimenterat med Ingenuitys landningshastighet. Helikoptern designades för att få kontakt med ytan med en relativt snabb hastighet på 2,2 mph (1 mps), så att dess sensorer ombord enkelt kunde bekräfta landningen och stänga av rotorerna innan den kunde studsa upp i luften.

En helikopter som landar långsammare skulle kunna designas med lättare landningsställ. Så på flighterna 57, 58 och 59 testade de det, och visade att Ingenuity kunde landa i hastigheter 25 % långsammare än de som den ursprungligen var designad för att landa med.

Hela det här med Martian Chuck Yeager är inte över. I december, efter solenergi-konjunktion, förväntas Ingenuity göra två höghastighetsflygningar, under vilka den kommer att köra en speciell uppsättning stignings- och rullningsvinklar utformade för att mäta dess prestanda.

“Datan kommer att vara extremt användbar för att förfina våra flygmekaniska modeller av hur helikoptrar beter sig på Mars,” sa Brown. “På jorden görs dessa typer av tester normalt på första flygningar. Men det är inte dit vi flyger. Du måste vara lite mer försiktig när du arbetar så långt från närmaste verkstad, eftersom det inte finns några upprepningar.”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *