О беспилотном роботизированном вертолётике Ingenuity, который совершил уже более полусотни полётов на Марсе, стали писать гораздо реже, чем раньше. Оно и понятно — ведь его работа постепенно стала восприниматься как обычная рутина. Но забывать об этом устройстве не стоит, ведь оно, вероятно, станет первым из многих управляемых с Земли летательных аппаратов, которые изучают другие миры. Его значение многие специалисты приравнивают к значению самолёта братьев Райт (крохотный кусочек тканевой обшивки самолёта, к слову, находится в марсолёте). При этом Ingenuity гораздо более успешен, чем тот самолёт. Обо всём этом сегодня и поговорим.
Почему марсолёт появился только недавно
Автоматические аппараты с Земли стали изучать планеты и спутники Солнечной системы уже давно. Но это были либо статичные системы, которые опускались на поверхность и затем передавали данные, либо системы на колёсах. Сейчас мы говорим о непосредственном изучении поверхности других объектов, так что про орбитальные станции и системы, которые пролетали мимо планет и спутников по касательной, не упоминаем.
Ingenuity стал первым на другой планете управляемым дистанционно летательным аппаратом за всю историю космонавтики. Почему только сейчас? Дело в том, что раньше не было необходимых для разработки такого девайса технологий. Например, батареи того типа, что используются для питания марсолёта, появились лишь в 90-х годах XX века, не говоря уже об углеродном волокне. Аналогичным образом ранее не было возможности создать миниатюрные приборы и софт для управления полётом и этими приборами.
Кроме всего этого, марсолёт должен был быть достаточно прочным, чтобы выдержать взлёт с Земли, полёт в космосе с его экстремальными условиями, посадку на Марс и распаковку. Это крайне сложная задача, которая была успешно выполнена.
Сложность ещё и в том, что плотность марсианской атмосферы составляет менее 1% от плотности атмосферы Земли. Для того чтобы совершить полёт, аппарат, предназначенный для Марса, должен быть очень лёгким, но при этом нести на себе батарею, фотоэлементы, датчики, камеру или камеры плюс систему обогрева и теплоизоляции.
По словам Тедди Занетоса из лаборатории реактивного движения в Пасадене, возглавившего команду создателей «Индженьюити», технологические новинки должны были «сойтись воедино в нужный момент». При этом до появления концепции вертолёта учёные и инженеры рассматривали возможность создания самолёта. Но от этой идеи отказались, поскольку для такого летательного аппарата нужна была взлётная полоса.
Достижения Ingenuity
Его главное достижение — то, что он взлетел, получив снимки поверхности Марса. Миссия марсолёта была бы засчитана как успешная, если бы устройство смогло совершить всего один полёт, несмотря на то, что изначально планировалось пять полётов. Ну а Ingenuity оказался настолько хорошо спроектированным, что выдержал полсотни полётов, марсианскую зиму, поломку одного из модулей и запыление горизонтальных поверхностей, включая солнечные батареи.
Что касается достижений, то, в принципе, ими можно считать каждый новый полёт системы. Так, в первый раз марсолёт со скоростью около 1 м/с взлетел на 3 метра, и, провисев предусмотренные 30 секунд, приземлился через 39,1 секунды после взлёта.
Второй полёт был ещё более успешным, так как Ingenuity набрал высоту в 5 метров, после чего:
исполнил три последовательных поворота примерно на 1/4 окружности каждый (в сумме на 276°);
на скорости 0,5 м/с переместился на 2 метра вбок с возвратом назад (общий путь составил 4,3 метра);
сделал первые три высотных фотоснимка на камеру RTE;
через 51,9 секунды приземлился в точке старта, совершив таким образом возвратный вылет.
Затем марсолёт выполнял полёты с различными целями: проведение манёвров, испытания камер и т. п. Девятый рейс был рекордным по протяжённости — устройство пролетело сразу 625 метров, успешно опустившись на поверхность планеты.
12 рейс показал реальную пользу цветной аэрофотосъёмки для работы марсохода — одна из фотографий, сделанных Ingenuity, показала необходимость скорректировать путь объезда марсоходом препятствия в гряде Артуби.
В сентябре 2021 года миссию вертолётика продолжили, хотя некоторые специалисты утверждали, что её можно считать выполненной, а Ingenuity должен остаться на поверхности Марса, чтобы освободить его команду для выполнения других задач.
25 рейс стал рекордным как по скорости — 5,5 м/с, так и по протяжённости — 704 м.
В свой 26 рейс марсолёт сфотографировал парашют и фрагменты «скорлупы» посадочного модуля экспедиции.
Далее последовали проблемы, включая дефицит энергии с отключением обогрева таймера бортового компьютера. Из-за этого на пару дней связь с устройством была потеряна. Потом её удалось восстановить, но оказалось, что инклинометр вышел из строя (как раз из-за отключения обогрева), после чего его функции возложили на другие датчики инерциальной навигации.
Последующие рейсы были более-менее похожи, но в любом случае они много чего дали науке. В ходе 49 полёта марсолёт достиг скорости 23,3 км/ч и поднялся на максимальную высоту в 18 метров. На данный момент это рекорд для этого устройства.
Юбилейный, 50-й, рейс марсолёт совершил 13 апреля 2023 года. Он ознаменовал собой успех команды инженеров, которые работали над созданием устройства. Ingenuity на целых 23 земных месяца и на 45 полётов превысил ожидаемый срок службы.
В ходе 50 полётов Ingenuity провёл над поверхностью Марса в общей сложности более 89 минут, преодолев 11,6 км.
Что дальше?
Сейчас NASA и другие организации разрабатывают новые проекты летательных аппаратов для Марса и прочих планет и их спутников. Так, например, группа китайских учёных под руководством Бянь Чуньцзяна из Национального космического научного центра (NSSC) в Пекине разрабатывает вертолёт для полётов на Марсе.
Конструкция нового марсолёта похожа на конструкцию предтечи — всё те же два набора лопастей на одной мачте ротора для обеспечения подъёмной силы при вертикальном взлёте и посадке в разрежённой марсианской атмосфере. Но он несколько больше, кроме того, по замыслу китайских инженеров, аппарат сможет летать на высоте 5-10 метров, достигая скорости около 300 метров в минуту, с возможной продолжительностью полёта в 3 минуты.
Скорее всего, китайский летательный аппарат будет сопровождать китайский же марсоход, который отправят на Красную планету в 2028 году.
Что касается NASA, то американское агентство разрабатывает систему, которая будет в целых 6 раз больше предшественника. Масса нового устройства составит 30 кг. Оно будет работать без привязки к марсоходу, используя собственный манипулятор и микробур, чтобы доставить образцы обратно на посадочный модуль.
Концепт летательного аппарата для ТитанаГексакоптер будет искать подземный водный лёд на большой площади, а также собирать атмосферные данные из нижних слоёв атмосферы, которые трудно измерить с поверхности или орбиты. Кроме того, система сможет прямо в полёте брать образцы грунта — например, со стенок кратеров.
И это лишь Марс, научные организации разных стран планируют отправить летательные аппараты и на другие планеты и спутники Солнечной системы. Например, Венеру и Титан. По словам Мелиссы Трейнер, заместителя руководителя исследовательской группы по подготовке миссии «Драгонфлай», Титан — идеальное место для летательных аппаратов тяжелее воздуха. Просто в силу того, что там низкая гравитация и плотная атмосфера.
Правда, из-за облачного покрова на Титане не так много солнечной энергии. Но это поправимо — благодаря размерам (гораздо больше марсолёта) «Драгонфлай» сможет нести разработанную НАСА мощную атомную батарею.
Что касается Венеры, то эта планета одновременно и подходит, и не подходит для полётов. Подходит потому, что атмосфера там гораздо плотнее земной, примерно в 90 раз, так что аппарат может быть реально большим. А проблема в том, что температура поверхности Венеры составляет +475 градусов Цельсия, а давление — 93 бара, что примерно соответствует полуторакилометровой глубине океана.
Возможно, учёные запустят на Венеру что-то вроде самолёта на солнечных батареях, который будет продолжительное время летать над облаками, а не коптер. Там и температура не такая высокая, и атмосфера гораздо менее агрессивная. Планируется также использовать двигатель Стирлинга, преобразующий внешнее тепло в электричество.
Крохотный Ingenuity дал огромный задел на будущее. Он на собственном примере доказал работоспособность концепции летательного аппарата с винтами для изучения других планет, так что дальше учёные и инженеры могут создавать различные варианты такого рода систем. Возможно, через несколько лет аппараты с Земли будут порхать над поверхностью Марса, Венеры и Титана, а может быть, и других объектов Солнечной системы.
