NASA está usando dois cientistas para testar futuros projetos de helicópteros para Marte

A NASA conduziu testes de aeronaves em dois planetas, com testes avançados de rotor na Terra e voos recordes do helicóptero Ingenuity Mars. Este trabalho pioneiro na tecnologia de helicópteros avança a nossa compreensão do voo em diferentes condições climáticas, representando um passo importante na exploração de Marte. (Conceito artístico de um futuro drone em Marte.)

Os engenheiros irão além dos confins da Terra para encontrar mais desempenho para futuros helicópteros marcianos.

Pela primeira vez na história, dois planetas tornaram-se o lar de testes de futuros projetos de aeronaves. Neste mundo, existe um novo rotor que pode ser usado com a próxima geração Marte Os helicópteros foram testados recentemente em NASAlaboratório de propulsão a jato (Laboratório de Propulsão a Jato) no sul da Califórnia, girando a velocidades próximas à velocidade do som (Mach 0,95). Enquanto isso, o helicóptero Ingenuity Mars da agência estabeleceu novos recordes de altitude e velocidade no Planeta Vermelho em nome de um voo de teste.

Este vídeo combina duas perspectivas do 59º voo do helicóptero Ingenuity Mars da NASA. O vídeo à esquerda foi capturado por Mastcam-Z no rover Perseverance Mars da NASA; O vídeo em preto e branco à direita foi capturado pela Navcam do Ingenuity apontando para baixo. O vôo ocorreu em 16 de setembro. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Criatividade: Unindo a Terra e Marte

“Testar nossos helicópteros de próxima geração para Marte foi o melhor dos dois mundos”, disse Teddy Tzanitos, gerente de projeto Ingenuity e diretor de helicópteros de recuperação de amostras de Marte. “Aqui na Terra, você tem todas as ferramentas e treinamento prático imediato que poderia esperar ao testar novos componentes de aeronaves. Em Marte, você tem condições verdadeiramente fora do mundo que você nunca poderia recriar aqui na Terra. Isso inclui um atmosfera extremamente fina e gravidade muito menor que a da Terra.

Tecnologia avançada de rotor para exploração de Marte

A próxima geração de pás de rotor de fibra de carbono testadas no solo é cerca de 4 polegadas (mais de 10 centímetros) mais longa que as pás do Ingenuity, com maior potência e um design diferente. A NASA acredita que essas pás poderiam permitir helicópteros maiores e mais capazes em Marte. O desafio é que quando as pontas das pás se aproximam de velocidades supersônicas, a turbulência que causa a vibração pode rapidamente ficar fora de controle.

Simulando as condições marcianas na Terra

Para encontrar um espaço grande o suficiente para criar uma atmosfera marciana na Terra, os engenheiros recorreram ao JPL, que tem 25 pés de largura e 85 pés de comprimento (8 metros x 26 metros). Simulação espacial – Um lugar onde Topógrafo, ViajanteE Cassini Eles experimentaram pela primeira vez ambientes semelhantes ao espaço. Durante três semanas em setembro, a equipe monitorou sensores, medidores e câmeras enquanto as pás suportavam corrida após corrida em velocidades cada vez mais altas e ângulos de inclinação cada vez maiores.

Um sistema de rotor duplo para a próxima geração de helicópteros de Marte foi testado em um simulador espacial de 25 pés no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em 15 de setembro. Mais longas e mais fortes do que as usadas no helicóptero Ingenuity Mars, as pás de fibra de carbono atingiram velocidades próximas à velocidade do som durante os testes. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

“Giramos nossas pás em até 3.500 rpm, o que é 750 rpm mais rápido do que as pás do Ingenuity”, disse Tyler Del Sesto, vice-comandante de testes de helicópteros de recuperação no JPL. “Essas lâminas mais eficientes são agora mais do que apenas um exercício virtual. Elas estão prontas para voar.”

Quase ao mesmo tempo, a cerca de 100 milhões de milhas (161 milhões de quilômetros) de distância, o Ingenuity recebeu ordens de tentar coisas que a equipe do Mars Helicopter nunca imaginou que fariam.

Conquistas de engenhosidade sem precedentes

O Ingenuity foi originalmente programado para voar mais de cinco vezes. Com seu voo inaugural entrando no registro da missão há mais de dois anos e meio, o helicóptero excedeu em 32 vezes a missão planejada de 30 dias e voou 66 vezes. Cada vez que o Ingenuity decola, ele cobre novos caminhos, oferecendo uma perspectiva que nenhuma missão planetária anterior foi capaz de alcançar. Mas recentemente, a equipe do Ingenuity deu uma volta com seus helicópteros movidos a energia solar como nunca antes.

Havard Grebe, piloto-chefe do helicóptero Ingenuity Mars da NASA, documenta os detalhes de cada voo no registro da missão, o registro nominal de planetas e luas do piloto, após cada voo. As inscrições para os voos 9 e 10 podem ser vistas aqui. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

“Nos últimos nove meses, dobramos a velocidade máxima e a altitude, aumentamos a taxa de aceleração vertical e horizontal e também aprendemos a pousar mais devagar”, disse Travis Brown, engenheiro-chefe do Ingenuity no JPL. “Expandir o envelope fornece dados inestimáveis ​​que podem ser usados ​​pelos projetistas de missões para futuros helicópteros de Marte.”

Superando os desafios de uma missão a Marte

Devido a considerações de potência disponível e temperatura do motor, as viagens do Ingenuity normalmente levam cerca de dois a três minutos. Embora um helicóptero possa cobrir uma área maior em um único vôo, voando mais rápido, voar rápido demais pode sobrecarregar o sistema de navegação a bordo. O sistema usa uma câmera que reconhece rochas e outras características da superfície à medida que elas se movem em seu campo de visão. Se esses recursos passarem muito rapidamente, o sistema poderá se perder.

Assim, para atingir uma velocidade máxima de solo maior, a equipe envia comandos ao Ingenuity para voar em altitudes mais elevadas (as instruções são enviadas ao helicóptero antes de cada voo), o que mantém as características visíveis por mais tempo. Voo 61 Ele estabeleceu um novo recorde de altitude de 78,7 pés (24 m) enquanto examinava os padrões do vento marciano. com Voo 62 Ingenuity estabeleceu um recorde de velocidade de 22,3 mph (10 metros por segundo) – e Eu explorei o site Para a equipe científica do rover Perseverance.

A equipe também fez experiências com a velocidade de descida do Ingenuity. O helicóptero foi projetado para tocar a superfície a uma velocidade relativamente rápida de 2,2 mph (1 mph), para que os sensores a bordo possam confirmar facilmente um pouso e desligar os rotores antes que ele possa retornar ao ar. Um helicóptero pode ser projetado para pousar mais lentamente com um trem de pouso mais leve. Assim, nos voos 57, 58 e 59, eles o rotacionaram e mostraram que o Ingenuity poderia pousar em velocidades 25% mais lentas do que a velocidade na qual o helicóptero foi originalmente projetado para pousar.

Planos futuros para criatividade

Tudo isso Marte Chuck Yeager-ing ainda não acabou. Em dezembro, após a conjunção solar, espera-se que o Ingenuity faça dois sobrevôos de alta velocidade durante os quais realizará um conjunto especial de ângulos de rotação projetados para medir seu desempenho.

“Os dados serão muito úteis para melhorar nossos modelos aeromecânicos de como os helicópteros se comportam em Marte”, disse Brown. “No solo, esse teste normalmente seria feito nos primeiros vôos. Mas não é para lá que voamos. É preciso ter mais cuidado quando estiver trabalhando longe da oficina mais próxima, porque não será necessário fazer qualquer outro trabalho.”

Mais sobre engenhosidade

O Ingenuity começou sua vida em Marte como uma demonstração de tecnologia. Ele voou pela primeira vez em 19 de abril de 2021, voando a uma altitude de 10 pés (3 metros) por 30 segundos. Mais quatro voos em tantas semanas adicionaram 499 segundos e viram o helicóptero subir horizontalmente acima da superfície por 1.171 pés (357 metros). Depois de demonstrar a viabilidade de voar em Marte, o Ingenuity entrou na fase de demonstração de operações em maio de 2021 para demonstrar como o reconhecimento aéreo poderia beneficiar a exploração futura de Marte e de outros mundos.

O helicóptero Ingenuity Mars foi construído pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL), que também gerencia o projeto da sede da NASA. É apoiado pela Diretoria de Missões Científicas da NASA. O Ames Research Center da NASA no Vale do Silício, Califórnia, e o Langley Research Center da NASA em Hampton, Virgínia, forneceram análises críticas de desempenho de voo e assistência técnica durante o desenvolvimento do Ingenuity. também forneceu Qualcomm e SolAero ajudaram no design e nos principais componentes do veículo. Lockheed Space projetado e fabricado Sistema de entrega de helicóptero em Marte.

Na sede da NASA, Dave Lavery é o diretor executivo do Programa Ingenuity Mars Helicopter.