В научной фантастике часто изображаются летательные аппараты, витающие в атмосфере чужих планет. Взять хотя бы легендарный эпос Фрэнка Герберта "Дюна", где воздушные суда, называемые "орнитоптерами", совершают маневры с удивительной грацией и скоростью в воздухе планеты Арракис. Эти фантастические изображения полетов в атмосфере других планет долгое время казались просто вымыслом.
Однако сегодня эта фантастика стала реальностью. За последние годы человечество впервые отправило воздушные судна для изучения атмосферы других планет. Это были аппараты, разработанные NASA - марсианский вертолет Ingenuity и запланированный для отправки на Титан (спутник Сатурна) дрон Dragonfly. Эти миссии открывают новую главу в исследовании космического пространства.
Mars-2020: вертолет Ingenuity.
Миссия Mars-2020, запущенная NASA, — это амбициозное предприятие, которое открыло новую главу в исследовании Красной планеты. Она отправила ровер Perseverance("Настойчивость") на Марс для изучения геологии и климата, исследования возможного существования следов микробной жизни. Также он проводит сбор образцов почвы, в будущем эти образцы будут транспортированы на Землю в ходе следующей марсианской миссии.
Вертолёт Ingenuity("Изобретательность"), который прибыл на Марс вместе с ровером, представляет собой дополнительный экспериментальный элемент миссии. Ingenuity - это необычный аппарат, созданный специально для того, чтобы доказать, что управляемый полет возможен в условиях тонкой марсианской атмосферы. Вертолет не несет научных инструментов, и его основная цель - протестировать технологию полета в другом мире, что может открыть новые горизонты для будущих космических миссий.
Дизайн вертолета.
Ingenuity, великолепный пример минималистичного инженерного искусства, по форме напоминает куб, с установленными сверху двухлопастными несущими винтами. Каждый несущий винт имеет диаметр около 1,2 метра и вращается со скоростью от 2400 до 2900 оборотов в минуту – значительно быстрее, чем стандартные вертолеты на Земле. Большие обороты винтов компенсируют малую подъемную силу в разреженной атмосфере Марса и позволяет устройству подняться в воздух.
Шасси и лопасти вертолета выполнены из углеродного композита, обеспечивая ему легкость и прочность. Центральный "куб" содержит основные компоненты: батареи, навигационную систему, а также оборудование для обогрева, которое помогает Ingenuity выживать в холодных марсианских ночах, когда температура может опускаться до -90 градусов Цельсия. Над роторами находится солнечная панель, обеспечивающая зарядку аккумуляторов дрона.
Исследователи из НАСА тщательно тестировали Ingenuity на Земле, прежде чем отправить его в космос. Они создали специальную атмосферную камеру с крайне разряженным воздухом, чтобы смоделировать тонкую атмосферу Марса и проверить навигационные системы вертолета. Эти тесты помогли удостовериться, что Ingenuity готов к своему историческому полету.
Полеты на Марсе.
С первого полета Ingenuity в апреле 2019 года, эта машина преодолела множество препятствий. Несмотря на то, что первоначальная миссия была запланирована на 30 марсианских суток, и предусматривала всего лишь несколько коротких "прыжков", вертолет превзошел все ожидания, успешно совершая десятки полетов на отличную дистанцию.
Полеты вертолета помогают изучать марсианский ландшафт с новой точки обзора, что не только красиво, но и очень полезно с научной точки зрения. Поскольку вертолет является компаньоном крупного исследовательского ровера Perseverance, визуальные данные с его камеры помогают прокладывать маршруты планетохода и находить для него объекты интереса. Ровер, в свою очередь собирает массив информации об условиях на красной планете, который в дальнейшем может быть использован для различных целей, включая планирование мест посадки будущих миссий.
Что касается возможностей, то Ingenuity способен оставаться в воздухе около 90 секунд, поднимаясь на высоту до 5 метров. Радиус полета ограничен приблизительно 50 метрами в одном направлении от места взлета. Солнечная батарея на верхней стороне вертолета обеспечивает зарядку за один марсианский день (сол), что достаточно для одного полета в день.
Не только Марс.
Пока вертолёт Ingenuity продолжает изучать Марс, в другую, более отдаленную часть Солнечной системы планируется запуск следующего большого шага в космической аэронавтике - Dragonfly. Это многороторный дрон, разработанный для исследования Титана, крупнейшего спутника Сатурна. Миссия Dragonfly("Стрекоза"), запланированная NASA на 2027 год, обещает быть поразительной и масштабной.
Титан - уникальное место в нашей Солнечной системе, обладающее плотной атмосферой и поверхностью, полной органического материала. Это делает его потенциально интересным местом для поиска признаков жизни. Дрон специально разрабатывается, чтобы справиться со сложными условиями этого мира, и будет первым в истории космическим аппаратом, с настолько невероятными способностями передвижения в атмосфере другой планеты.
Dragonfly похож на квадрокоптер, но обладает восьмью несущими винтами, расположенными в двух уровнях. Этот дизайн был выбран для увеличения стабильности полета и надежности в экстремальных условиях Титана. Способность к вертикальному взлету и посадке позволит Dragonfly исследовать различные геологические районы Титана, включая дюны, кратеры и районы, где могут находиться жидкие озера.
Также Dragonfly будет оснащен целым набором научных инструментов, включая спектрометры для анализа химического состава поверхности и атмосферы, радар для исследования подповерхностного слоя грунта и камеры для фотографирования.
Работа дрона будет поддерживаться радиоизотопным термоэлектрическим генератором, который будет обеспечивать непрерывную работу научных инструментов и коммуникационных систем, а также поддерживать тепло на борту аппарата в условиях экстремально холодного Титана.
Прежде чем отправить Dragonfly в космическое пространство, ученые и инженеры НАСА проведут множество испытаний на Земле, чтобы убедиться, что он способен выдерживать жесткие условия на Титане.
Со своими восемью роторами Dragonfly сможет не только перемещаться в воздухе, но и совершать "прыжки", перескакивая между научно-интересными местами, покрывая в день до 8 километров. Это существенно превышает возможности любого другого планетохода, что позволит дрону изучать Титан с безпрецедентной детализацией.
Благодаря наличию довольно плотной атмосферы и низкой гравитации на Титане, Dragonfly сможет оставаться в воздухе дольше и покрыть большее расстояние за один полет, чем это было бы возможно на Земле.
Приборы на борту аппарата позволят провести детальное изучение химического и геологического состава Титана, включая поиск органических соединений и других потенциальных признаков жизни. Кроме того, аппарат сможет провести исследования метеорологии и атмосферы Титана, предоставляя уникальные данные о составе, характеристиках его атмосферы и о погоде.
Самое главное, планируется, что дрон будет выполнять свою миссию долгие годы, предоставляя ученым возможность изучать Титан так, как это никогда прежде не удавалось.
Родство дронов.
В обоих случаях, как с Ingenuity так и с Dragonfly, инженеры и ученые столкнулись с задачей проектирования аппаратов, способных функционировать в атмосферных условиях, кардинально отличающихся от земных. Каждая миссия представляет свои уникальные трудности и вызовы.
Ingenuity, хоть и является скромным по размерам аппаратом, смог совершить прорыв в космической аэронавтике, продемонстрировав возможность управляемого полета в атмосфере Марса. С другой стороны, Dragonfly, с его куда более продвинутыми научными инструментами и более сложной миссией, представляет собой следующий этап в развитии планетарной аэронавтики и представляет огромные возможности для научного исследования.
Ingenuity и Dragonfly, хотя и предназначены для разных миссий и разных миров, вместе показывают, что космическая аэронавтика - это область, которая только начинает раскрывать свой потенциал. Результаты их миссий будут оказывать влияние на дизайн и функционирование будущих космических аппаратов, позволяя нам все более полноценно и точно исследовать нашу Солнечную систему.
Пока мы мечтаем о космических путешествиях, запечатленных в научной фантастике, наши роботизированные посланники уже начинают осуществлять эти грандиозные полеты на других планетах. Их маленькие шаги, или в данном случае, маленькие полеты, олицетворяют гигантский прорыв в понимании того, что возможно за пределами нашего домашнего мира.
Когда-то братья Райт осуществили мечту о полетах в небе Земли. Братья-роботы, Ingenuity и Dragonfly, два авантюриста космического пространства, уже готовят нас к полетам и в других мирах. Они подтверждают, что идеи, которые когда-то казались лишь фантастическими мечтами, могут стать реальностью и открыть нам новые горизонты.
Изучение небесных тел, на которых управляемый полет возможен, дает нам ценные уроки и вдохновляет нас продолжать наши поиски. Будь то тонкая атмосфера Марса или плотная атмосфера Титана, каждый новый мир предлагает нам уникальные вызовы и возможности для исследования и открытий.
В наши дни, благодаря упорному труду и инновационным идеям наших ученых и инженеров, воздухоплавание на других планетах больше не является просто вымыслом - это уже реальность. И с каждым новым полетом, мы делаем еще один шаг к новому грандиозному будущему, где полеты в атмосфере других планет станут обыденной частью нашего исследования космоса.
