100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

На Марсе пройдет первый полет управляемого вертолета

Первый вертолет на Марсе: что это значит для человечества

Фото: Shutterstock

19 апреля 2021 года Лаборатория реактивного движения NASA сообщила, что первый марсианский вертолет Ingenuity успешно совершил свой тестовый полет. Он поднялся на высоту около 3 метров, а затем продемонстрировал мягкую посадку. Весь полет занял около 40 секунд. Вертолет готовили к тесту 15 суток. Чтобы подчеркнуть символичность полета, на марсолете закрепили кусок ткани с первого в мире самолета Flyer 1 братьев Райт. Затем вертолет испытали еще два раза. Третий полет продлился уже 80 секунд, марсолет преодолел почти 100 метров. РБК Тренды решили разобраться, почему Ingenuity так важен для будущего космонавтики и человечества в целом.

Первый на Марсе

Вертолет Ingenuity прибыл на Марс в рамках миссии марсохода Perseverance. Это самый сложный аппарат, который когда-либо был на этой планете. Perseverance будет исследовать древнюю речную дельту в кратере Езеро. Задачей марсохода станет поиск признаков прошлой жизни.

У Ingenuity задача более простая, но не менее важная. Марсолет должен был продемонстрировать возможности автономного полета в разреженной атмосфере Красной планеты, плотность которой составляет всего 1% от земной. Он не оснащен никакими научными приборами, кроме лазерного высотомера, гиростабилизатора и видеокамер. Связь вертолета с Землей осуществляется через марсоход.

Часть испытаний уже завершилась, а, если все они пройдут успешно, то на Марс можно будет отправить большой вертолет, который сможет преодолевать серьезные расстояния за считаные минуты. Это значительно ускорит освоение новых планет. Кроме того, марсолет сможет делать снимки, качество которых будет значительно лучше, чем фото с орбиты. Пока удалось получить только одно изображение во время третьего тестового полета.

Первый снимок марсолета, сделанный им при полете 23 апреля 2021 года

Немного техники

Ingenuity представляет собой относительно небольшой коптер массой 1,8 кг. На Марсе он весит еще меньше — около 0,68 кг. Вертолет поднимается в воздух с помощью двух винтов длиной 1,2 м каждый и весом всего 35 г. Они изготовлены из углеродного волокна.

Для работы Ingenuity выбрали именно модель вертолета, так как его лопасти слишком большие. Таким образом он работает на соосной схеме, при которой пара установленных параллельно винтов вращается в противоположных направлениях вокруг общей оси.

«Сердце» марсолета, которое выполняет высокоуровневые операции, работает на плате с SoC Snapdragon 801 от компании Qualcomm. Что интересно — программное обеспечение базируется на ОС Linux и открытом ПО. Это значит, что инженеры-энтузиасты могут повторить конструкцию марсолета или создать что-то свое.

Читайте так же:
5 признаков того, что вы: сильная личность, которая отпугивает остальных

Ingenuity изначально запитан от марсохода, но впоследствии он должен сам обеспечивать себя энергией. Для этого на его лопастях располагаются солнечные панели. Емкость аккумулятора марсолета составляет от 35 до 40 Ватт-часов, что примерно равно емкости трех батареек смартфона.

Одна из камер вертолета является навигационной и отвечает за определение местоположения, направления движения и скорости. А вторая камера — цветная, 13 МП. Она позволит делать снимки поверхности Марса.

Фото:NASA

Как все происходит

Марсолет проходит полетные испытания без человеческого вмешательства, в полностью автоматическом режиме. Инженеры не могут контролировать этот процесс, так как дрон находится в 20 световых минутах от Земли — задержка сигнала очень серьезная. Он связан с ровером и управляется по беспроводной сети.

Полеты длятся недолго — максимум, до 90 секунд. Три первых запуска проходили в одном месте. Теперь, когда Ingenuity успешно справился с этой задачей, его попробуют запустить в новой локации.

Задачи марсолета будут усложнять. Если при первом тестировании ему нужно было просто взлететь и приземлиться, то во время следующих тестов инженеры попробуют задать более высокую траекторию движения Ingenuity (до 5 м) и заставить марсолет отлететь дальше (на 50-100 м), чтобы выполнить несложные маневры, в том числе, пролет по кругу.

Фактически, вертолет уже выполнил свою миссию. Теперь его попробуют испытать в измененных условиях.

В чем сложности

На Земле ни один вертолет не поднимался выше 12 км. А на Марсе Ingenuity приходится испытывать нагрузку, будто он летает на высоте 30 км. Все из-за разницы в атмосферах. Если на Земле кубометр воздуха при температуре 25 °C весит 1,205 кг, то на Марсе его вес не превышает 15-18 г. Гравитация на Марсе составляет 38% от земной.

Чтобы взлететь на Марсе, вертолету нужно очень быстро вращать лопастями. Скорость этого вращения достигает 2300-2900 оборотов в минуту или 40-50 оборотов в секунду. Для сравнения — земные вертолеты совершают 500 оборотов в минуту.

Для тестов Ingenuity использовали гравитационную разгрузку. Дрон приподнимали на леске, чтобы при взлете он тянул только 30% своей массы, как в марсианских условиях. Затем внутри поперечной аэродинамической трубы, куда помещали марсолет, включали гравитационную нагрузку для имитации условий Марса. Например, пылевой шторм со скоростью ветра 17—30 м/с.

Помимо разреженной атмосферы, еще одной проблемой стали низкие ночные температуры на Марсе. Температура ночью может опускаться до минус 90 °C. Однако первая ночевка Ingenuity показала, что марсолет способен переносить даже такие температуры.

Читайте так же:
Как литературу превращают в туалетную бумагу

Кстати, всем желающим доступна полная 3D-модель Ingenuity. Ее можно крутить и приближать.

Роль в будущем исследований

Первый полет марсианского вертолета стал большим событием в истории космонавтики по многим причинам. Об одной из них говорит руководительница проекта Ingenuity Мими Онг. По ее словам, этот полет «открывает дорогу для создания других летательных аппаратов, которые NASA отправит на иные планеты Солнечной системы».

NASA уже планирует масштабировать марсианский вертолет до транспортного средства весом около 25-30 кг. Такой аппарат сможет выдерживать около 4 кг полезной нагрузки и нести на себе научные приборы и датчики. Исследования других планет выйдут на новый уровень.

Астрофизик Сергей Попов в разговоре с РБК Трендами отмечает, что расширение человеческого инструментария при изучении мира, звезд и планет приводит к новым открытиям, поэтому всегда важно двигаться вперед и осваивать новые методы. «Есть очень маленькая вероятность того, что на Марсе обнаружат жизнь в ее простейшей форме. Новые методы позволяют лучше понять, что происходит на планете сейчас и как она была устроена в прошлом, в том числе, какой климат был миллиарды лет назад», — поясняет он.

По словам исследователя, создание аппаратов вроде Ingenuity в любом случае приближает нас к чему-то новому. Астрофизик уверен, что этот вертолет сможет работать как исследовательский инструмент. К примеру, его можно задействовать в аэрофотосъемке, которая дает гораздо более качественную картинку, чем с орбиты. «У нас есть прекрасные общие карты Марса, но для изучения геологической истории важнее получить более детальные изображения. В том числе и для того, чтобы понять, когда и в каком количестве на Марсе присутствовала вода», — заключил Попов.

Исторический рубеж: первый полёт вертолёта Ingenuity на Марсе прошёл успешно

Американское управление по аэронавтике и исследованию космического пространства NASA отчиталось о первом успешном полёте вертолёта Ingenuity (Изобретательность) на Марсе.

Исторический рубеж: первый полёт вертолёта Ingenuity на Марсе прошёл успешно

Ingenuity впервые поднялся «в воздух» 19 апреля 2021 года в 10:43 по московскому времени. Учёные из Лаборатории реактивного движения NASA получили данные с Марса в 13:46 по московскому времени и провели трансляцию.

Исторический рубеж: первый полёт вертолёта Ingenuity на Марсе прошёл успешно

Как и планировалось, Ingenuity поднялся на высоту 3 метров и удерживал стабильное положение в течение 30 секунд. Затем он снизился, коснувшись поверхности Марса после 39,1 секунды полета.

Как отмечают в NASA, это историческое событие и первый управляемый полёт на другой планете. По значимости его сравнивают с полётом братьев Райт на Земле.

Читайте так же:
Чем манты отличаются от хинкали?

В NASA поясняют, что, поскольку данные должны отправляться на Красную планету и возвращаться с неё, преодолевая сотни миллионов миль, Ingenuity нельзя управлять с помощью джойстика, и его полёт нельзя было наблюдать с Земли в реальном времени. В результате, первый полёт Ingenuity был автономным — устройство контролировалось бортовыми системами наведения, навигации и управления, работающими по алгоритмам, разработанным командой JPL.

Помощник главы NASA по вопросам науки Томас Зурбухен объявил, что первый марсианский аэродром получил название «Поле братьев Райт», и пояснил:

Теперь, спустя 117 лет после того, как братьям Райт удалось совершить первый полёт на нашей планете, вертолёт NASA Ingenuity преуспел в совершении этого удивительного подвига в другом мире. Хотя эти два знаковых момента в истории авиации могут быть разделены временем и 173 миллионами миль космоса, теперь они связаны навсегда. Как дань уважения двум инновационным производителям велосипедов из Дейтона, этот первый из многих аэродромов в других мирах теперь будет известен как "Поле братьев Райт" — в знак признания изобретательности и новаторства, которые продолжают стимулировать исследования».

Напомним, вертолёт доставили на Марс, прикреплённым к днищу марсохода Perseverance (Настойчивость). Главной задачей Ingenuity является демонстрация технологий и испытание первых полётов на Марсе. Изначально планировалось, что первый полёт состоится 11 апреля, но затем мероприятие отложили, поскольку инженеры работали над предполётной проверкой и решением проблемы с ПО. Теперь, когда первый запуск прошёл успешно, Ingenuity совершит серию более длительных полётов над кратером Езеро.

Марсианский вертолёт взлетел над Красной планетой и успешно сел обратно — это первый винтокрылый полёт за пределами Земли

Сегодня утром марсианский 1,8-кг вертолёт «Изобретательность» (Ingenuity) вошёл в историю, совершив первый полёт винтокрылой машины за пределами Земли. Команда Лаборатории реактивного движения NASA (JPL), как и планировалось, провела трансляцию, на которой в прямом эфире показала процесс приёма первых данных, подтверждающих успешный первый взлёт и благополучную посадку.

Фото, сделанное марсианским вертолётом во время взлёта (NASA)

Фото, сделанное марсианским вертолётом во время взлёта (NASA)

Вначале команда приняла телеметрические данные о взлёте, зависании на высоте чуть более 3 метров и последующей посадке. Следом пришла чёрно-белая фотография (в разрешении 640 × 480 точек), сделанная навигационной камерой дрона: на снимке видна поверхность Марса и тень самого вертолёта во время зависания, в углах можно заметить края посадочных опор. Эта камера используется автоматикой, чтобы отслеживать поверхность при полёте.

Читайте так же:
4 способа как сдержать плач — поясняем вопрос

Телеметрия с «Изобретательности» (NASA)

Телеметрия с «Изобретательности» (NASA)

Наконец, после всего этого было показано своеобразное видео полёта: последовательность фотографий, полученных с помощью камер расположившегося в стороне и наблюдавшего за полётом марсохода «Настойчивость» (Perseverance). Вот, собственно, это «видео»:

Возможно, вскоре NASA опубликует и другие данные, полученные во время этого первого в истории человечества винтокрылого управляемого полёта на другой планете.

Фото с «Настойчивости» во время взлёта (NASA)

Фото с «Настойчивости» во время взлёта (NASA)

Но этот тестовый взлёт — не конец истории для «Изобретательности». Теперь, когда аппарат доказал способность летать в разреженной атмосфере Марса (1 % от атмосферы Земли), должны состояться и другие, уже гораздо более сложные полёты.

Ровер «Настойчивость» (Perseverance) размером с автомобиль приземлился внутри кратера Езеро диаметром 45 километров 18 февраля — тогда вертолёт массой 1,8 кг ещё был прочно закреплён на днище марсохода в сложенном состоянии. После сброса кожуха «Настойчивость» развернул «Изобретательность», довёл заряд батарей вертолёта до 100 %, выгрузил на поверхность Марса и отъехал на небольшое расстояние, дав возможность солнечному свету достичь вертолёта, питаемого от солнечных батарей.

До этого момента дрон питался от марсохода, а теперь получает энергию исключительно от Солнца — она требуется не только для полётов, но и для обогрева во время холодных марсианских ночёвок (температура опускается до –90 °C). Недавно NASA опубликовало первую фотографию с нижней служебной камеры вертолёта в низком разрешении, а после этого — автопортрет ровера на фоне «Изобретательности». Из-за проблемного теста винтов первый взлёт «Изобретательности», назначенный на 11 апреля, пришлось отложить.

Создатель марсианского вертолета рассказал о рисках миссии

Третья за лето и самая сложная экспедиция к Марсу стартовала на этот раз в США — с космодрома на мысе Канаверал запущена ракета Atlas V, на борту которой к соседней планете летит марсоход Perseverance. Из-за особенностей взаимного расположения орбит кратчайший путь к Марсу открывается раз в два года,

по этой причине на это лето намечены сразу три экспедиции к Марсу — ранее стартовали китайская и миссия ОАЭ.

По традиции новый марсоход NASA, который на 14% тяжелее работающего там с 2012 года ровера Curiosity, будет сложнее своего предшественника. Он будет искать следы жизни и изучать геологию планеты, чтобы понять причины превращения Марса в сухую холодную планету. Кроме того, на марсоходе будет проведен ряд экспериментов, полезных для возможных будущих экспедиций людей на планету. Так, эксперимент MOXIE призван показать возможность получения кислорода из марсианской атмосферы, которая на 96% состоит из углекислого газа. Кроме того, на борту ровера летят образцы ткани скафандра — ученые хотят узнать, как на материал подействуют жесткие условия Марса.

Читайте так же:
Пицца – самое популярное блюдо в мире

Однако главной «изюминкой» экспедиции будет впервые в истории отправленный к другой планете настоящий вертолет — аппарат Ingenuity массой 1,8 кг имеет высоту полметра и будет подниматься за счет двух соосных винтов диаметром 1,2 метра.

Заряжаться вертолет будет за счет энергии Солнца и совершит несколько 90-секундных тестовых полетов. Учитывая низкую плотность атмосферы Марса, ученые сравнивают первый полет такого вертолета с первым полетом самолета братьев Райт.

О технических особенностях и задачах уникального вертолета «Газета.Ru» поговорила с его главным конструктором, инженером NASA Бобом Баларамом.

— Боб, идея отправить вертолет на Марс пришла к вам в 1990-е годы. Не считали ли вы ее тогда безумной, учитывая уровень развития технологий, мощность существовавших тогда электромоторов, аккумуляторов и т.д.?

— Мы собирались впервые исследовать такие сложные проблемы, как автономность, операции, аэродинамику. В то время это был начальный этап исследовательской работы без ожидания немедленного полета на Марс.

— Развитие каких технологий стало критическим и позволит поднять такой аппарат в атмосфере Марса, атмосфера которого в сто раз менее плотная, чем на Земле?

— Легкие, производительные процессоры и литий-ионные аккумуляторные батареи высокой мощности.

— Что принципиально отличает марсианский вертолет от аналогичных дронов, использующихся на Земле?

— Более быстрое вращение винтов, особенности конструкции, снижающие биение лопастей, экстремально низкие температуры работы, дизайн, устойчивый к радиации, высокий уровень автономности.

— Я думал, что для подобных уникальных аппаратов используются специально изготовленные компоненты, однако в случае с Mars Helicopter это не так. Расскажите, какие компоненты серийные, а какие разработаны специально для него?

— Из серийных процессоров — устойчивые к радиации ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы, FPGA), процессоры для управления полетом, а также процессоры для высокоуровневых функций навигации, аналогичные применяемым в сотовых телефонах. Также есть серийные сенсоры: камера навигации, альтиметр и инерциальные измерительные модули. Серийные двигатели Maxon для сервоприводов.

Серийные микросхемы — устройства связи на основе протоколов Zigbee. Специально были разработаны элементы конструкции, лопасти, двигатели тяги, корпус, высокоэффективные солнечные панели.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию