Первый полет на Марсе
Перед вами фотография тени вертолета «Индженьюити», сделанная его навигационной камерой ровно три года назад, во время его первого полета на Марсе 19 апреля 2021 года. В верхней и нижней частях снимка заметны следы марсохода «Персеверанс», который доставил вертолет на испытательную площадку в кратере Езеро. «Индженьюити» стал первым аппаратом, совершившим аэродинамический полет в атмосфере другого небесного тела. Поэтому место, с которого впервые взлетел и куда приземлился «Индженьюити», назвали «аэродромом» братьев Райт (Wright Brothers Field), а сам вертолет нес на себе небольшой фрагмент обшивки крыла самолета «Флайер 1», на котором братья Райт совершили свой исторический полет 17 декабря 1903 года.
«Индженьюити» (англ. Ingenuity — «изобретательность») и «Персеверанс» (англ. Perseverance — «настойчивость») отправились на Марс в рамках миссии НАСА «Марс-2020» 30 июля 2020 года. Названия марсохода и вертолета выбрали в ходе конкурса, проводившегося среди американских школьников. В нем приняли участие 28 тысяч человек. Вертолету было присвоено имя, предложенное одиннадцатиклассницей Ванизой Рупани. В своем эссе, присланном на конкурс, она написала: «Изобретательность и талант людей, усердно работающих над преодолением трудностей межпланетных путешествий, позволяют всем нам прикоснуться к чуду освоения космоса. Изобретательность — это то, что позволяет людям совершать удивительные вещи и дает нам возможность расширять свой кругозор до краев Вселенной».
Старт ракеты «Атлас V» с «Персеверансом» и «Индженьюити» на борту с базы космических сил на мысе Канаверал. Фото с сайта mars.nasa.gov
«Индженьюити» оснащен двумя соосными винтами, вращающимися в противоположных направлениях. Гравитация на поверхности Марса составляет примерно 40% от земной, но, поскольку атмосфера планеты крайне разрежена (ее плотность у поверхности примерно в 60 раз меньше, чем на Земле), лопасти пришлось сделать крупнее, а их скорость вращения — выше, чем потребовалось бы, чтобы поднять в воздух аналогичный вертолет в земных условиях. Пришлось максимально облегчить и всё оборудование вертолета, в состав которого входят аккумуляторы, солнечные батареи, антенна с передатчиком и приемником, бортовые компьютеры, система навигации и управления, нагреватели (необходимые, чтобы электроника не переохладилась холодными марсианскими ночами: в месте испытаний температура опускается до –90°C) и две камеры: цветная высокого разрешения для съемок местности и черно-белая навигационная. Конструкторам удалось сделать всё это настолько легким, что полная масса вертолета составила всего 1,8 кг. Ценная реликвия, закрепленная на одной из его солнечных батарей, — небольшой кусочек муслиновой ткани из обшивки крыла «Флайера 1», — не слишком утяжелила вертолет. Оборудование «Индженьюити» важно было сделать не только легким, но и компактным: большой вертолет не поместился бы на марсоходе. Высота «Индженьюити» — полметра, причем размер его корпуса — всего 20×16×14 см. Диаметр винта составляет 1,2 м (длина каждой из двух лопастей — 60 см).
«Индженьюити» закреплен на днище марсохода в транспортировочном положении. Защитный кожух пока не установлен. Фото с сайта mars.nasa.gov
Непростой головоломкой стала задача навигации вертолета. Многие из применяемых на Земле навигационных приборов не годились для использования на Марсе. Так, магнитометры, помогающие определить курс, были бесполезны из-за слабого магнитного поля планеты, напряженность которого примерно в 400 раз меньше, чем земного. А звездные или солнечные датчики (см. Sun sensor), с помощью которых вычисляется ориентация аппарата, оказывались слишком тяжелы для «Индженьюити». Для навигации вертолета использовали крошечные инерциальные сенсоры — акселерометры и датчики угловой скорости (аналогичные тем, что применяются в смартфонах), а также инклинометр, определяющий уклон поверхности «аэродрома», лазерный высотомер, измеряющий расстояние до поверхности, и методы визуальной одометрии. Связь с Землей «Индженьюити» держал через «Персеверанс»: это позволило обойтись небольшой (массой всего 4 г!) и не слишком мощной антенной, потребляющей совсем немного энергии.
«Персеверанс» совершил успешную посадку в кратере Езеро 18 февраля 2021 года (см. новость Марсоход Perseverance расшифровал геологическую историю кратера Езеро, «Элементы», 08.02.2024). «Индженьюити» был закреплен на днище марсохода. Специальный кожух защищал его от камней, которые могли оказаться на месте посадки. Больше месяца ушло на проверку работоспособности систем марсохода и поиск «аэродрома» размером 10×10 м, пригодного для испытаний вертолета: средний уклон поверхности не должен был превышать 4°, не допускалось и присутствие камней размером более 5 см. После того как подходящая площадка была найдена, «Персеверанс» сбросил кожух и отвез туда «Индженьюити». Затем началась выгрузка вертолета. Сначала отстегнулся один из замков, фиксировавших вертолет, и тот коснулся поверхности планеты двумя «ногами» — легкими и прочными опорами, выполненными, как и лопасти вертолета, из углеродного волокна. Затем «Индженьюити» расправил две оставшиеся опоры и окончательно отсоединился от своего носителя. Процесс немного напоминал вылупление кузнечика из яйца, с той разницей, что занял гораздо больше времени — целую неделю.
Две «ноги» уже опираются на поверхность Марса 29 марта 2021 года. Фото с сайта mars.nasa.gov
Еще через неделю, 8 апреля, вертолету впервые разрешили немного раскрутить винты — для начала с небольшой частотой, недостаточной для взлета. 16 апреля провели еще одно испытание винтов. Наконец, 19 апреля состоялся исторический полет. Раскрутив лопасти до штатной частоты вращения в 2400 оборотов в минуту (для сравнения: частота вращения лопастей земных вертолетов обычно составляет 200–350 оборотов в минуту), вертолет вертикально взлетел на высоту три метра, провисел практически в одной точке 30 секунд, попутно развернувшись на 90°, и плавно опустился на поверхность Марса.
Первый полет «Индженьюити»
Следующее испытание, состоявшееся через три дня, было более содержательным. Взлетев, вертолет несколько раз повернулся вокруг вертикальной оси и пролетел по горизонтали примерно два метра, после чего вернулся в исходную точку. Далее состоялись три еще более сложных полета продолжительностью до двух минут. Во время всех этих испытаний «Персеверанс» наблюдал за «Индженьюити» с расстояния примерно 65 м от «аэродрома». Управление вертолетом с Земли в режиме реального времени невозможно: сигнал до Марса идет минимум 3 минуты, а максимум — больше 20. Так что программа каждого полета составлялась заранее. Проанализировав результаты полета, команда сопровождения вертолета готовила план следующего эксперимента.
Зона первых пяти полетов «Индженьюити». Airfield — «аэродром» братьев Райт, Flight Zone — зона полетов, Rover landing location — точка посадки марсохода. Точка, из которой «Персеверанс» следил за вертолетом, располагалась снаружи от зоны полетов и на схеме не показана. Фото с сайта photojournal.jpl.nasa.gov
Изначально предполагалось провести не более пяти полетов. Единственной их целью было проведение испытаний, никаких научных задач перед вертолетом не ставилось. Однако успешное окончание испытательной серии позволило пересмотреть планы, и миссия «Индженьюити» была продлена. Покинув «аэродром» братьев Райт, вертолет начал «путешествовать» по Марсу, фотографируя и картографируя местность и этим помогая «Персеверансу».
Тыльная часть и тормозной парашют спускаемого аппарата «Персеверанса», попавшие в объектив «Индженьюити» во время его 26-го полета 19 апреля 2022 года. Фото с сайта mars.nasa.gov
В общей сложности «Индженьюити» выполнил 72 полета суммарной продолжительностью более двух часов, пролетев за это время 17 км. Вертолет разгонялся до 10 м/с и достигал высоты 24 м, а самый длинный полет он совершил 20 декабря 2023 года, преодолев более 700 метров. Все «аэродромы» — точки приземления вертолета — последовательно обозначались буквами от B до Z (за исключением I и O), а когда латинский алфавит закончился, перешли на греческий.
«Индженьюити» в своем 54-м полете 3 августа 2023 года. Фото с сайта mars.nasa.gov
Все полеты были не слишком долгими: самый продолжительный длился менее трех минут. Основная причина этого — нагрев двигателя, температура которого в отсутствие специальных устройств для рассеивания тепла повышалась примерно на 1°C в секунду. Полеты «Индженьюити» заносились в специальный рукописный журнал: под каждый полет отводилась отдельная страница, где фиксировались время взлета и посадки, маршрут вертолета, погодные условия и прочая информация.
Записи о девятом и десятом полетах «Индженьюити». Фото с сайта photojournal.jpl.nasa.gov
18 января 2024 года состоялся 72-й полет «Индженьюити», который вынужденно стал для него последним: во время приземления вертолет потерял одну из лопастей, повредив также другую. 25 января глава НАСА Билл Нельсон официально объявил о завершении миссии «Индженьюити». Место последнего взлета и посадки вертолета — «аэродром» χ (Airfield χ) — получило название «холмы Валинора» в честь «Бессмертных Земель» из вымышленной Вселенной Дж. Р. Р. Толкина, где обитают бессмертные маги и эльфы.
Тень поврежденной лопасти, сфотографированная вертолетом в день аварии. Фото с сайта mars.nasa.gov
Однако вертолет продолжает поддерживать связь с марсоходом. И теперь предполагается использовать его как стационарный испытательный стенд и наблюдательную станцию для сбора данных даже после прекращения связи с марсоходом, который всё больше удаляется, продолжая исследовать западную часть кратера Езеро. «Индженьюити» после обновления программного обеспечения будет ежедневно проверять работу солнечной панели, батарей, электронного оборудования, фотографировать поверхность цветной камерой и собирать данные о температуре. Инженеры полагают, что собранная информация сможет храниться на борту около 20 лет. И даже если солнечные панели перестанут работать, эту информацию смогут добыть будущие миссии. Руководитель проекта «Индженьюити» Тедди Цанетос (Theodore Tzanetos) выступил по этому поводу с трогательной речью: «В любое время, когда Валинорские холмы вновь посетит человечество, с помощью марсохода, нового летательного аппарата либо будущих астронавтов, Ingenuity будет ждать со своим последним подарком — собранными данными».
Марсианский маршрут «Индженьюити» (желтый) и «Персеверанса» (белый) по состоянию на 18 января 2024 года — день последнего полета вертолета. Положения аппаратов в конце этого дня отмечены голубыми указателями. Фото с сайта commons.wikimedia.org
Общая стоимость программы «Индженьюити» (разработка вертолета, его доставка и эксперименты на Марсе) составила 85 млн долларов. Результаты испытаний помогут планировать будущие марсианские миссии. Вертолеты следующих поколений могут оказаться полезными в фотосъемке местности, геологических исследованиях и перевозке грузов, в том числе в труднодоступных для роверов районах, а также смогут уточнить модели марсианской атмосферы.
Правда, неясно, когда это произойдет. Два года назад компания AeroVironment, где был создан «Индженьюити», представила проект грузового вертолета, который сможет переносить на Марсе грузы массой до 280 г. Есть и другие проекты марсианских вертолетов и даже самолета (см. MAGGIE). НАСА проявляет к ним интерес, однако конкретные программы по отправке таких аппаратов на Марс пока отсутствуют. Зато у НАСА есть планы послать большой винтокрылый аппарат Dragonfly (англ. «стрекоза») ни много ни мало на спутник Сатурна Титан в рамках миссии «Новые рубежи». Пока запуск запланирован на 2028 год. Будем надеяться, опыт «Индженьюити» окажется востребован и при разработке Dragonfly.
Фото с сайта mars.nasa.gov
Алексей Деревянкин
-
-
-
-
Это не провал. Если учесть, что НАСА все свои проекты передает на реализацию частным компаниям, то это успех: такое количество бюджетных средств высосать ради детского конструктора - это мечта буржуя.. А когда игрушка "сломалась" (читай: закончилось финансирование) НАСА уволила около 500 человек, в том числе из партнерских компаний... Хе..
-
-
А почему он называется вертолет, а не дрон?
Хорошо, что засунули туда кусочек первого в мире самолёта, иначе ни за что бы не повезло и миссия бы провалилась. -
Площадь лопастей, скорость их вращения (2575 rpm), масса аппарата (1.8кг) годны лишь для создания достаточной подъемной силы в плотной земной атмосфере. Для сравнения, у легких вертолетов с поршневыми двигателями скорость вращения лопастей достигает 2700 оборотов в минуту (rpm). А на Марсе плотность атмосферы более чем в сто раз меньше земной, хотя и гравитация менее 40% от земной, поэтому либо скорость вращения лопастей должна быть раз 50 больше, либо площадь лопастей... А это недоразумение где летает - неясно...
-
в марсианской атмосфере он летает, вы статью то хоть читали или для бото-троля это не обязательно )))
у легких вертолетов с поршневыми двигателями скорость вращения лопастей достигает 2700 оборотов в минуту (rpm).
Попытайтесь вспомнить марку этого "лёхкого вертолета" и диаметр его винта и скорость движения концов лопастей )))-
-
Вот именно с увеличением диаметра винта скорость его вращения пропорционально падает, чтобы концы лопастей двигались на дозвуке, у марсолете скорость конца лопасти приближается к звуковой (< 0.7 М), а выше слишком опасно - вибрации всякие, развалится и.т.п.
У следующего марсианского вертолета будет еще быстрее
https://www.youtube.com/watch?v=zjt3DMNqtus
-
-
Да что вы?! Неужели в марсианской? Сами видели или дворник рассказал? :) Не поверите, таки читал статью и, в отличие от уверовавших Свидетелей Марсианского Вертолета, задался вопросом как такое недочудо может летать в сверхразряженной атмосфере... да еще с такими ненадежными лопастями. :) У земных китайских копеечных вертолетиков лопасти крепче чем у этого "марсианина", на разработку которого ушли десятки миллионов долларов! LOL
-
С нетерпением ждем от вас математических расчетов, показывающих недостаточность подъемной силы несущего винта марсианского вертолета в условиях Марса. Полагаю, свои рассуждения вы делаете не на пальцах и экстраполяции с земных вертолетов-игрушек с алиэкспресса, верю, что вы посчитали все параметры, зная геометрию лопастей, площадь, профиль и угол атаки и пр.
-
:))) А я разве где-то обещал расчеты? А про подъемную силу вертолета в статье написано: на вертолете подняли 85 млн. долларов. :)))
-
То бишь все ваши высокомерные рассуждения с какими-то цифрами и аналогиями, приводимые как свидетельства невозможности полета этого вертолета на Марсе, о том, что это фальсификаци -- пустой треп? И зачем вы выставляете себя в столь дурном свете? Эх...
-
:))) Как только кто-нибудь начинает высказывать сомнения в адрес буржуйских достижений налетает армия ботов и начинают оскорблять или унижать автора. Вот тут один из ваших написал
Вертолет летающий при плотности атмосферы эквивалентной 33 км над уровнем земли это технологический прорыв.
И если вертолет действительно может подняться на высоту в 30 км, то почему не поднимается? Почему НАСА не потентует эту технологию и почему об этом не говорят в новостях, и где военные? Они всегда такие штуки первыми реализуют. Где этот прорывной вертолет на высоте 30 км? А нет его, а есть только демагоги, боты и мультики на ютюбе...
И фантазии НАСА вышли за границы реальности: оно теперь планирует отправить винто-крылый самолет на Марс, который будет летать в атмосфере с плотность аналогичной земной на высоте более 30 км... :))))) Кино и фонбрауны... :)))-
Эх, и опять пустой треп. Слова kbob о 33 км - тоже пустой треп. Вы высказали не сомнения, а убежденность, смачно приправленную теорией заговора.
-
Плоско тролите...Статью не читал?.. LOL. Это не он сказал, а НАСА. И в статье нехилая такая ошибочка:
поскольку атмосфера планеты крайне разрежена (ее плотность у поверхности примерно в 60 раз меньше, чем на Земле),
Плотность атмосферы:the very low pressure of the atmosphere of Mars – filled with carbon dioxide to about 0.60% (about 1⁄160) of standard atmospheric pressure at sea level on Earth – which is roughly equivalent to a helicopter flying at 34,000 m (112,000 ft) altitude in the atmosphere of Earth.
en.wikipedia.org/wiki/Ingenuity_(helicopter)
Плотность атмосферы на Марсе в 160 раз меньше чем на Земле....-
И? Где расчеты, что марсианский вертолет с его конструкцией не может подняться в воздух на Марсе?
Нет и не будет, ибо не могёте.
Плотность воздуха у поверхности Марса 20 гр на кубометр. Плотность воздуха у поверхности Земли 1200 гр на кубометр. Т.о., плотность воздуха на Марсе у поверхности в 60 раз ниже, чем у поверхности Земли.
Вы пишите "Плотность атмосферы на Марсе в 160 раз меньше чем на Земле" ссылаясь на википедию "filled with carbon dioxide to about 0.60% (about 1⁄160) of standard atmospheric pressure at sea level on Earth"
Здесь говорится о давлении, а не о плотности!
-
-
-
-
-
-
-
-
"А на Марсе плотность атмосферы более чем в сто раз меньше земной, хотя и гравитация менее 40% от земной, поэтому либо скорость вращения лопастей должна быть раз 50 больше"
В 10 раз больше, для той же подъёмной силы, потому что скорость входит в скоростной напор квадратом.
Вопрос ещё с величиной угла атаки лопасти. Можно увеличить и его. Как понимаю, у марсианского вертолёта значительно больше площадь лопасти (относительно ометаемой лопастями площади круга) и угол атаки лопастей, даже видуалтнт составляющий градусов 15. Последнее возможно из-за низкого атмосферного давления и соответственно очень маленького перепада давлений на верхней и нижней поверхностях лопасти, что значительно уменьшает момент аэродинамического сопротивления при больших углах атаки.
-
Последние новости
«»
Вертолет «Индженьюити» незадолго до начала его испытаний в кратере Езеро. Снимок сделан марсоходом «Персеверанс» 5 апреля 2021 года. Фото с сайта mars.nasa.gov