La NASA utiliza dos mundos para probar futuros diseños de helicópteros en Marte

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

Por primera vez en la historia, dos planetas son el campo de pruebas para futuros diseños de aviones. En este mundo, un nuevo rotor que se puede utilizar con la próxima generación. martes Los helicópteros fueron probados recientemente. NASALaboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) sobre el sur de California, girando a velocidades supersónicas (0,95 Mach). Mientras tanto, el ingenioso helicóptero de la agencia para Marte ha alcanzado nuevos récords de altitud y velocidad en el Planeta Rojo en nombre de un vuelo de prueba.

Este vídeo combina dos perspectivas del sobrevuelo número 59 del helicóptero a Marte de la NASA. Video a la izquierda tomado por MastCam-Z en el rover Perseverance Mars de la NASA; El vídeo en blanco y negro de la derecha fue tomado por el Navcom orientado hacia abajo de Ingenuity. El vuelo tuvo lugar el 16 de septiembre. Crédito: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Ingenio: un puente hacia la Tierra y Marte

«Nuestra prueba de helicóptero de próxima generación en Marte tiene lo mejor de ambos mundos», dijo Teddy Tzanedos, director del programa de Inteligencia y director de Mars Model Recovery Helicopters. «Aquí en la Tierra, tienes todas las herramientas y capacidades instantáneas que esperarías al probar nuevos componentes de vuelo. En Marte, tienes condiciones del mundo real que realmente no puedes reproducir en la Tierra. Eso incluye una atmósfera muy delgada y menos gravedad que la Tierra.

Tecnología avanzada de rotores para la exploración de Marte

Las palas del rotor de fibra de carbono de próxima generación que se están probando en la Tierra son casi 4 pulgadas (más de 10 centímetros) más fuertes que las del Intelligence y tienen un diseño diferente. La NASA prevé que estas palas podrían impulsar helicópteros marcianos más grandes y capaces. El desafío es que a medida que las puntas de las palas se acercan a velocidades supersónicas, la turbulencia que causa las vibraciones rápidamente se sale de control.

Simulando las condiciones de Marte en la Tierra

Para encontrar un lugar en la Tierra lo suficientemente grande como para crear una atmósfera marciana, los ingenieros observaron la sonda del JPL de 25 pies de ancho y 85 pies de alto (8 m por 26 metros). Simulador espacial – Un lugar campo de guerra, ViajeroY Cassini Probé por primera vez un entorno espacial. Durante tres semanas en septiembre, un equipo monitoreó con sensores, medidores y cámaras las palas que soportaban velocidades y ángulos de inclinación cada vez mayores.

El 15 de septiembre se probó un sistema de doble rotor para helicópteros de próxima generación en 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 inteligente de Marte, las palas de fibra de carbono alcanzaron velocidades supersónicas durante la prueba. Crédito: NASA/JPL-Caltech

«Hicimos girar nuestras palas hasta 3.500 rpm, que son 750 revoluciones por minuto más rápido que las palas inteligentes», dijo Tyler Del Sesto, operador de subpruebas de helicópteros de recuperación de muestras en JPL. «Estas espadas altamente cualificadas son ahora más que un simple ejercicio de fantasía. Están listas para volar.

Al mismo tiempo, a unos 161 millones de kilómetros (100 millones de millas) de distancia, la tripulación del helicóptero de Marte recibió la orden de intentar cosas que nunca pensaron que podrían hacer.

Hazañas de inteligencia sin precedentes

Originalmente se planeó que la inteligencia volara no más de cinco veces. Desde que su primer vuelo entró en el libro de registro de la misión hace dos años y medio, el helicóptero ha volado 66 veces, superando en 32 veces su misión prevista de 30 días. Cada vez que la Inteligencia despega, cubre nuevos terrenos, brindando una perspectiva que ninguna misión planetaria anterior podría lograr. Pero últimamente, Team Ingenuity ha estado sacando a dar una vuelta con su helicóptero de propulsión solar como nunca antes.

Håvard Grip, piloto jefe del brillante helicóptero de la NASA para Marte, documenta los detalles de cada vuelo después de cada vuelo en el libro de registro de la misión, The Nominal Pilot’s Logbook for Planets and Moons. Las entradas para los vuelos 9 y 10 se encuentran aquí. Crédito: NASA/JPL-Caltech

«Durante los últimos nueve meses, hemos duplicado nuestra velocidad aérea y altitud máximas, hemos aumentado la relación entre aceleración vertical y horizontal y hemos aprendido a aterrizar más lento», dijo Travis Browne, ingeniero jefe de Ingenuity de JBL. «La expansión de la envolvente proporciona datos invaluables que pueden ser utilizados por los diseñadores de misiones para futuros helicópteros a Marte».

Navegando los desafíos del vuelo a Marte

Limitados por consideraciones de potencia disponible y temperatura del motor, los vuelos inteligentes suelen durar de dos a tres minutos. Aunque un helicóptero puede cubrir más terreno en un solo vuelo si vuela más rápido, volar demasiado rápido puede confundir el sistema de navegación interno. La computadora usa una cámara para identificar rocas y otras características de la superficie a medida que se mueven en su línea de visión. Si esas funciones suenan demasiado rápidas, el sistema puede perder el rumbo.

Por lo tanto, para lograr una mayor velocidad máxima sobre el terreno, el equipo envía inteligentemente comandos para volar a mayores altitudes (las instrucciones se envían al helicóptero antes de cada vuelo), lo que mantiene las características a la vista durante más tiempo. Vuelo 61 Se estableció un nuevo récord a 24 metros (78,7 pies) mientras se verificaban los patrones de viento marciano. con Vuelo 62 El ingenio estableció un récord de velocidad de 22,3 millas (10 metros por segundo) y buscaron un lugar Al equipo científico del rover Perseverance.

El equipo también está probando la velocidad de aterrizaje del Inginuti. El helicóptero está diseñado para hacer contacto con la superficie a una velocidad relativamente rápida de 2,2 mph (1 mps), por lo que sus sensores a bordo pueden confirmar fácilmente el aterrizaje y apagar los rotores antes de que vuelva a saltar al aire. Se puede diseñar un helicóptero de aterrizaje muy lento con un tren de aterrizaje ligero. Entonces, en los vuelos 57, 58 y 59, demostraron que la inteligencia podía aterrizar a un 25% menos de velocidad de la que el helicóptero fue diseñado originalmente para aterrizar, y lo rotaron.

Planes futuros para el ingenio

esto es marte Chuck Yeager-ing no ha terminado. En diciembre, después del acoplamiento solar, se espera que Ingenuity realice dos vuelos de alta velocidad durante los cuales ejecutará un ángulo de cabeceo y balanceo especial diseñado para medir su rendimiento.

«Los datos serán muy útiles para afinar nuestros modelos aeromecánicos sobre cómo se comportará el helicóptero en Marte», dijo Brown. «En la Tierra, este tipo de pruebas generalmente se realizan en los primeros vuelos. Pero no es allí donde volamos. Hay que tener un poco más de cuidado cuando se opera lejos del taller de reparación más cercano, porque no obtendrá cualquier trabajo.»

Más sobre el ingenio

La inteligencia comenzó su vida en Marte como una explicación técnica. Voló por primera vez 10 pies (3 metros) durante 30 segundos el 19 de abril de 2021. Cuatro vuelos más durante varias semanas agregaron 499 segundos y vieron al helicóptero volar 1,171 pies (357 metros) horizontalmente sobre la superficie. Después de demostrar que volar a Marte es posible, Inteligencia entró en una fase de demostración operativa en mayo de 2021 para mostrar cómo el reconocimiento aéreo podría beneficiar la futura exploración de Marte y otros mundos.

El helicóptero inteligente para Marte fue desarrollado por JBL, que también gestiona el programa para la sede de la NASA. Cuenta con el apoyo de la Dirección de Operaciones 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 importantes análisis del rendimiento de vuelo y asistencia técnica durante el desarrollo de Intelligence. AeroVironment Inc., Qualcomm y SolAero también brindaron asistencia en el diseño y componentes clave del vehículo. Diseñado y fabricado por Lockheed Space Sistema de entrega de helicópteros a Marte.

En la sede de la NASA, Dave Lavery es el director del programa del helicóptero inteligente para Marte.