NASA menggunakan dua ilmuwan untuk menguji desain helikopter masa depan untuk Mars

Para insinyur akan melampaui ujung bumi untuk menemukan kinerja yang lebih baik untuk helikopter Mars di masa depan.

Untuk pertama kalinya dalam sejarah, dua planet menjadi rumah bagi pengujian desain pesawat masa depan. Di dunia ini, ada rotor baru yang bisa digunakan pada generasi berikutnya Mars Helikopter tersebut baru-baru ini diuji NASAlaboratorium propulsi jet (Laboratorium Propulsi Jet) di California Selatan, berputar dengan kecepatan mendekati kecepatan suara (Mach 0,95). Sementara itu, Helikopter Ingenuity Mars milik badan tersebut mencatat rekor ketinggian dan kecepatan udara baru di Planet Merah atas nama uji penerbangan.

Video ini menggabungkan dua perspektif penerbangan ke-59 helikopter Ingenuity Mars milik NASA. Video di sebelah kiri diambil oleh Mastcam-Z di penjelajah Mars Perseverance milik NASA; Video hitam-putih di sebelah kanan ditangkap oleh Navcam Ingenuity yang mengarah ke bawah. Penerbangan tersebut dilakukan pada 16 September. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Kreativitas: Menjembatani Bumi dan Mars

“Menguji helikopter generasi berikutnya untuk Mars telah mencapai hasil terbaik dari kedua dunia,” kata Teddy Tzanitos, manajer proyek Ingenuity dan direktur Mars Sample Recovery Helicopters. “Di Bumi, Anda memiliki semua peralatan dan pelatihan langsung yang dapat Anda harapkan saat menguji komponen pesawat baru. Di Mars, Anda memiliki kondisi luar biasa yang tidak akan pernah bisa Anda ciptakan kembali di Bumi. Itu termasuk atmosfer yang sangat tipis dan gravitasi yang jauh lebih rendah daripada bumi.

Teknologi rotor canggih untuk eksplorasi Mars

Bilah rotor serat karbon generasi berikutnya yang diuji di lapangan memiliki panjang sekitar 4 inci (lebih dari 10 sentimeter) dibandingkan bilah rotor Ingenuity, dengan tenaga lebih besar dan desain berbeda. NASA yakin bilah ini dapat memungkinkan helikopter yang lebih besar dan berkemampuan tinggi di Mars. Tantangannya adalah ketika ujung bilahnya mendekati kecepatan supersonik, turbulensi yang menyebabkan getaran dapat dengan cepat menjadi tidak terkendali.

Mensimulasikan kondisi Mars di Bumi

Untuk menemukan ruang yang cukup besar untuk menciptakan atmosfer Mars di Bumi, para insinyur mencari JPL, yang lebarnya 25 kaki dan panjang 85 kaki (8 meter x 26 meter). Simulasi luar angkasa – Tempat di mana surveyor, penjelajahDan Cassini Mereka pertama kali merasakan lingkungan seperti luar angkasa. Selama tiga minggu di bulan September, tim memantau sensor, meteran, dan kamera saat bilahnya bertahan berlari demi lari dengan kecepatan yang semakin tinggi dan sudut lemparan yang semakin besar.

Sistem rotor ganda untuk helikopter Mars generasi berikutnya diuji dalam simulator luar angkasa setinggi 25 kaki di Jet Propulsion Laboratory NASA pada 15 September. Lebih panjang dan lebih kuat daripada yang digunakan pada helikopter Ingenuity Mars, bilah serat karbon mencapai kecepatan mendekati kecepatan suara selama pengujian. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

“Kami memutar bilah kami hingga 3.500 rpm, 750 rpm lebih cepat dibandingkan bilah Ingenuity,” kata Tyler Del Sesto, wakil komandan uji helikopter pemulihan di JPL. “Pisau yang lebih efisien ini kini lebih dari sekadar latihan virtual. Mereka siap terbang.”

Pada waktu yang hampir bersamaan, sekitar 100 juta mil (161 juta kilometer) jauhnya, Ingenuity diperintahkan untuk mencoba hal-hal yang tidak pernah terpikirkan oleh tim Helikopter Mars.

Pencapaian kecerdikan yang belum pernah terjadi sebelumnya

Ingenuity awalnya dijadwalkan terbang lebih dari lima kali. Dengan penerbangan perdananya memasuki catatan misi lebih dari dua setengah tahun yang lalu, helikopter tersebut telah melampaui misi 30 hari yang direncanakan sebanyak 32 kali dan terbang 66 kali. Setiap kali Ingenuity mengudara, ia mencakup wilayah baru, menawarkan perspektif yang belum pernah dapat dicapai oleh misi planet sebelumnya. Namun baru-baru ini, Team Ingenuity telah meluncurkan helikopter bertenaga surya dengan cara yang belum pernah ada sebelumnya.

Havard Grebe, kepala pilot helikopter Ingenuity Mars NASA, mendokumentasikan rincian setiap penerbangan dalam catatan misi, catatan nominal planet dan bulan yang dimiliki pilot, setelah setiap penerbangan. Entri untuk penerbangan 9 dan 10 dapat dilihat di sini. Sumber gambar: NASA/JPL-Caltech

“Selama sembilan bulan terakhir, kami telah menggandakan kecepatan dan ketinggian udara maksimum, meningkatkan laju akselerasi vertikal dan horizontal, dan juga belajar mendarat lebih lambat,” kata Travis Brown, chief engineer Ingenuity di JPL. “Memperluas jangkauan memberikan data berharga yang dapat digunakan oleh perancang misi untuk helikopter Mars di masa depan.”

Mengatasi tantangan misi Mars

Karena pertimbangan tenaga yang tersedia dan suhu mesin, perjalanan Ingenuity biasanya memakan waktu sekitar dua hingga tiga menit. Meskipun helikopter dapat menjangkau area yang lebih luas dalam satu penerbangan dengan terbang lebih cepat, terbang terlalu cepat dapat membuat sistem navigasi di dalamnya kewalahan. Sistem ini menggunakan kamera yang mengenali bebatuan dan fitur permukaan lainnya saat bergerak melintasi bidang pandangnya. Jika fitur-fitur ini berlalu terlalu cepat, sistem mungkin kehilangan arah.

Jadi, untuk mencapai kecepatan gerak maksimum yang lebih tinggi, tim mengirimkan perintah ke Ingenuity untuk terbang di ketinggian yang lebih tinggi (instruksi dikirim ke helikopter sebelum setiap penerbangan), yang membuat fitur-fitur tersebut terlihat lebih lama. Penerbangan 61 Ia mencatat rekor ketinggian baru 78,7 kaki (24 m) saat memeriksa pola angin Mars. dengan Penerbangan 62 Ingenuity mencetak rekor kecepatan 22,3 mph (10 meter per detik) – dan Saya menjelajahi situs tersebut Untuk tim sains penjelajah Perseverance.

Tim juga menguji kecepatan turun Ingenuity. Helikopter ini dirancang untuk menyentuh permukaan dengan kecepatan yang relatif cepat yaitu 2,2 mph (1 mph) sehingga sensor onboard dapat dengan mudah mengkonfirmasi pendaratan dan mematikan rotor sebelum dapat memantul kembali ke udara. Helikopter yang turun lebih lambat bisa dirancang dengan roda pendaratan yang lebih ringan. Jadi, pada penerbangan 57, 58, dan 59, mereka memutarnya, dan menunjukkan bahwa Ingenuity dapat mendarat dengan kecepatan 25% lebih lambat dari kecepatan yang awalnya dirancang untuk mendaratkan helikopter.

Rencana masa depan untuk kreativitas

Semua Mars ini Chuck Yeager-ing belum berakhir. Pada bulan Desember, setelah konjungsi matahari, Ingenuity diperkirakan akan melakukan dua penerbangan berkecepatan tinggi di mana ia akan melakukan serangkaian sudut rotasi khusus yang dirancang untuk mengukur kinerjanya.

“Data ini akan sangat berguna dalam meningkatkan model aero-mekanis kami tentang bagaimana perilaku pesawat rotor di Mars,” kata Brown. “Di darat, tes seperti itu biasanya dilakukan pada beberapa penerbangan pertama. Tapi kami tidak melakukan penerbangan ke sana. Anda harus lebih berhati-hati saat bekerja jauh dari bengkel terdekat, karena Anda tidak perlu melakukannya. melakukan pekerjaan lain.”

Lebih lanjut tentang kecerdikan

Ingenuity memulai kehidupannya di Mars sebagai demonstrasi teknologi. Terbang pertama kali pada 19 April 2021, terbang di ketinggian 10 kaki (3 meter) selama 30 detik. Empat penerbangan lagi dalam beberapa minggu menambah 499 detik dan membuat helikopter melayang secara horizontal di atas permukaan sejauh 1.171 kaki (357 meter). Setelah mendemonstrasikan kelayakan terbang di Mars, Ingenuity memasuki fase demonstrasi operasi pada Mei 2021 untuk menunjukkan bagaimana pengintaian udara dapat bermanfaat bagi eksplorasi Mars dan dunia lain di masa depan.

Helikopter Ingenuity Mars dibangun oleh Jet Propulsion Laboratory (JPL), yang juga mengelola proyek markas NASA. Hal ini didukung oleh Direktorat Misi Sains NASA. Pusat Penelitian Ames NASA di Silicon Valley, California, dan Pusat Penelitian Langley NASA di Hampton, Virginia, menyediakan analisis kinerja penerbangan penting dan bantuan teknis selama pengembangan Ingenuity. AeroVironment Inc. juga menyediakan Qualcomm dan SolAero membantu desain dan komponen utama kendaraan. Lockheed Space dirancang dan diproduksi Sistem pengiriman helikopter Mars.

Di Markas Besar NASA, Dave Lavery adalah direktur eksekutif Program Helikopter Ingenuity Mars.