La NASA utiliza dos científicos para probar futuros diseños de helicópteros para Marte

Los ingenieros irán más allá de los confines de la Tierra para encontrar más rendimiento para los futuros helicópteros marcianos.

Por primera vez en la historia, dos planetas se han convertido en el hogar de pruebas de futuros diseños de aviones. En este mundo, hay un nuevo rotor que se puede utilizar con la próxima generación. Marte Los helicópteros fueron probados recientemente en NASAlaboratorio de propulsión a chorro (Laboratorio de propulsión a chorro) en el sur de California, girando a velocidades cercanas a la velocidad del sonido (Mach 0,95). Mientras tanto, el helicóptero Ingenuity Mars de la agencia estableció nuevos récords de altitud y velocidad aérea en el Planeta Rojo en nombre de un vuelo de prueba.

Este vídeo combina dos perspectivas del vuelo número 59 del helicóptero Ingenuity Mars de la NASA. El vídeo de la izquierda fue capturado por Mastcam-Z en el rover Perseverance Mars de la NASA; El vídeo en blanco y negro de la derecha fue capturado por la Navcam de Ingenuity apuntando hacia abajo. El vuelo tuvo lugar el 16 de septiembre. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Creatividad: uniendo la Tierra y Marte

«Probar nuestros helicópteros de próxima generación para Marte ha logrado lo mejor de ambos mundos», dijo Teddy Tzanitos, director del proyecto Ingenuity y director de Mars Sample Recovery Helicopters. «Aquí en la Tierra, tienes todas las herramientas y la capacitación práctica inmediata que podrías desear mientras pruebas nuevos componentes de aeronaves. En Marte, tienes verdaderas condiciones fuera de este mundo que nunca podrías recrear aquí en la Tierra. Eso incluye una atmósfera extremadamente delgada y gravedad mucho menor que la de la Tierra.

Tecnología avanzada de rotores para la exploración de Marte

La próxima generación de palas de rotor de fibra de carbono que se están probando en tierra son aproximadamente 4 pulgadas (más de 10 centímetros) más largas que las palas de Ingenuity, con mayor potencia y un diseño diferente. La NASA cree que estas palas podrían permitir helicópteros más grandes y más capaces en Marte. El desafío es que cuando las puntas de las palas se acercan a velocidades supersónicas, la turbulencia que causa la vibración puede salirse de control rápidamente.

Simulando las condiciones marcianas en la Tierra

Para encontrar un espacio lo suficientemente grande como para crear una atmósfera marciana en la Tierra, los ingenieros buscaron el JPL, que tiene 25 pies de ancho y 85 pies de largo (8 metros x 26 metros). simulación espacial – Un lugar donde Topógrafo, ViajeroY Cassini Probaron por primera vez entornos espaciales. Durante tres semanas en septiembre, el equipo monitoreó sensores, medidores y cámaras mientras las palas soportaban carrera tras carrera a velocidades cada vez más altas y ángulos de inclinación mayores.

El 15 de septiembre se probó un sistema de doble rotor para el helicóptero de próxima generación de Marte en un simulador espacial de 25 pies en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Más largas y resistentes que las utilizadas en el helicóptero Ingenuity Mars, las palas de fibra de carbono alcanzaron velocidades cercanas a la velocidad del sonido durante las pruebas. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

“Rotamos nuestras palas hasta 3500 rpm, que es 750 rpm más rápido que las palas del Ingenuity”, dijo Tyler Del Sesto, subcomandante de pruebas de helicópteros de recuperación en el JPL. «Estas palas más eficientes son ahora más que un simple ejercicio virtual. Están listas para volar».

Aproximadamente al mismo tiempo, a unos 161 millones de kilómetros (100 millones de millas) de distancia, se ordenó a Ingenuity que probara cosas que el equipo de Mars Helicopter nunca imaginó que harían.

Logros de un ingenio sin precedentes

Originalmente, estaba previsto que Ingenuity volara más de cinco veces. Desde que su vuelo inaugural entró en el registro de misiones hace más de dos años y medio, el helicóptero ha superado en 32 veces su misión prevista de 30 días y ha volado 66 veces. Cada vez que Ingenuity despega, cubre nuevos terrenos, ofreciendo una perspectiva que ninguna misión planetaria anterior ha podido lograr. Pero recientemente, Team Ingenuity ha estado sacando a dar una vuelta con sus helicópteros propulsados ​​por energía solar como nunca antes.

Havard Grebe, piloto jefe del helicóptero Ingenuity Mars de la NASA, documenta los detalles de cada vuelo en el registro de la misión, el registro nominal de planetas y lunas del piloto, después de cada vuelo. Las inscripciones para los vuelos 9 y 10 se pueden ver aquí. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

«Durante los últimos nueve meses, hemos duplicado la velocidad máxima y la altitud, hemos aumentado la tasa de aceleración vertical y horizontal y también hemos aprendido a aterrizar más lentamente», dijo Travis Brown, ingeniero jefe de Ingenuity en JPL. «Ampliar el alcance proporciona datos invaluables que pueden ser utilizados por los diseñadores de misiones para futuros helicópteros a Marte».

Superar los desafíos de una misión a Marte

Debido a consideraciones de potencia disponible y temperatura del motor, los viajes de Ingenuity suelen durar entre dos y tres minutos. Aunque un helicóptero puede cubrir un área más grande en un solo vuelo volando más rápido, volar demasiado rápido puede sobrecargar el sistema de navegación a bordo. El sistema utiliza una cámara que reconoce rocas y otras características de la superficie a medida que se mueven por su campo de visión. Si estas funciones pasan demasiado rápido, el sistema puede perder el rumbo.

Entonces, para lograr una velocidad terrestre máxima más alta, el equipo envía comandos a Ingenuity para que vuele a mayores altitudes (las instrucciones se envían al helicóptero antes de cada vuelo), lo que mantiene las características visibles por más tiempo. Vuelo 61 Estableció un nuevo récord de altitud de 78,7 pies (24 m) mientras examinaba los patrones del viento marciano. con Vuelo 62 El ingenio estableció un récord de velocidad de 22,3 mph (10 metros por segundo) y exploré el sitio Para el equipo científico del rover Perseverance.

El equipo también probó la velocidad de descenso del Ingenuity. El helicóptero está diseñado para tocar la superficie a una velocidad relativamente rápida de 2,2 mph (1 mph), de modo que los sensores a bordo puedan confirmar fácilmente un aterrizaje y apagar los rotores antes de que pueda rebotar en el aire. Un helicóptero que descienda más lentamente podría diseñarse con un tren de aterrizaje más ligero. Entonces, en los vuelos 57, 58 y 59, lo rotaron y demostraron que Ingenuity podía aterrizar a velocidades un 25% más lentas que la velocidad a la que el helicóptero fue diseñado originalmente para aterrizar.

Planes futuros para la creatividad.

Todo este Marte Chuck Yeager-ing aún no ha terminado. En diciembre, después de la conjunción solar, se espera que Ingenuity realice dos sobrevuelos de alta velocidad durante los cuales realizará un conjunto especial de ángulos de rotación diseñados para medir su rendimiento.

«Los datos serán muy útiles para mejorar nuestros modelos aeromecánicos de cómo se comportan los helicópteros en Marte», dijo Brown. «En tierra, una prueba de este tipo normalmente se haría en los primeros vuelos. Pero no es allí donde volamos nosotros. Hay que tener más cuidado cuando se trabaja lejos del taller de reparación más cercano, porque no hay que tener que hacer cualquier otro trabajo.»

Más sobre el ingenio

El ingenio comenzó su vida en Marte como una demostración de tecnología. Voló por primera vez el 19 de abril de 2021, volando a una altitud de 10 pies (3 metros) durante 30 segundos. Cuatro vuelos más en otras tantas semanas agregaron 499 segundos y vieron al helicóptero elevarse horizontalmente sobre la superficie a 1,171 pies (357 metros). Después de demostrar la viabilidad de volar a Marte, Ingenuity entró en la fase de demostración de operaciones en mayo de 2021 para demostrar cómo el reconocimiento aéreo podría beneficiar la exploración futura de Marte y otros mundos.

El helicóptero Ingenuity Mars fue construido por el Jet Propulsion Laboratory (JPL), que también gestiona el proyecto de la sede de la NASA. Cuenta con el apoyo de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California, y el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, proporcionaron análisis críticos del rendimiento del vuelo y asistencia técnica durante el desarrollo de Ingenuity. AeroVironment Inc. también proporcionó Qualcomm y SolAero ayudaron con el diseño y los componentes clave del vehículo. Lockheed Space diseñado y fabricado Sistema de entrega de helicópteros a Marte.

En la sede de la NASA, Dave Lavery es el director ejecutivo del Programa Ingenuity Mars Helicopter.