Helikopter na Marsie

Jeśli ktoś by mnie spytał, gdzie poza Ziemią wyobrażam sobie helikopter, bez wahania wskazałbym na Tytana*. Ten księżyc Saturna jest tak lekki, że grawitacja przy powierzchni to niecałe 14% Ziemskiej a jednocześnie ma atmosferę niemal o połowę gęściejszą od Ziemi. Aż się prosi by tam polatać (zresztą, latanie na Tytanie przy użyciu siły mięśni to niezły temat na osobną notkę). Na pewno nie pomyślałbym o Marsie... Na szczęście w NASA pracują mądrzejsi i odważniejsi ludzie, którzy pomyśleli. I dzięki nim w czerwcu 2020 poza nienazwanym jeszcze następcą Curiosity, na Marsa poleci Mars Helicopter Scout (MHS).

Co trzeba zrobić, żeby helikopter mógł latać na Marsie? Jedynym sojusznikiem będzie znacznie mniejsza masa czerwonej planety. Marsjański helikopter waży raptem 1800 gram, co jest imponujące biorąc pod uwagę jego wymiary. Rama/podwozie to sześcian o krawędzi 14 cm, wysokość całości to 80 cm a wirnik ma 120 cm średnicy. Jako, że ciążenie na powierzchni Marsa stanowi 0,3794 g, MHS na marsie będzie ważył efektywnie 683 gramów. Potem robi się już tylko coraz trudniej...

Atmosfera Ziemi jest ponad stukrotnie gęściejsza od marsjańskiej, więc wyzwaniem było zaprojektowanie helikoptera, który byłby w stanie wcisnąć pod siebie dość powietrza by się unieść. To trochę tak jakby latać helikopterem na Ziemi na wysokości 30 kilometrów. Tak wysoko nie latają nawet Blackbirdy. Dla śmigłowców rekord to 12 kilometrów. W związku z tym dwa śmigła MHS będą musiały obracać się od około 40 do 50 razy na sekundę (2300-2900 rpm). To mniej więcej pięć razy szybciej niż w przypadku typowego ziemskiego helikoptera.

Jest to pewien kompromis, nawet jeśli technologia by pozwoliła na większe prędkości, jest pewne ograniczenie. NASA chciała uniknąć sytuacji w które czubki wirników przekraczałyby prędkość dźwięku. Powoduje to całą masę problemów z aerodynamiką, falami uderzeniowymi itd. Dla bezpieczeństwa ustalili sobie prędkość maksymalną na 70% mach, czyli 70% prędkości dźwięku. Haczyk? Prędkość dźwięku na Marsie to 244 metrów na sekundę (340 m/s na Ziemi).

Żeby podołać tym wyzwaniom i ograniczyć wagę do tych niecałych dwóch kilogramów, NASA musiała pójść na wiele kompromisów. Dlatego MHS będzie mógł latać jedynie przez około półtorej minuty na raz i nie będzie miał praktycznie aparatury naukowej. Ma być testem technologii i poza sprzętem do lotu będzie wyposażony w dwie kamery. Tylko tyle i aż tyle biorąc pod uwagę to wszystko, co napisałem powyżej. A na “sprzęt do lotu” poza napędem składają się też żyroskopy, akcelerometry, wysokościomierze i inklinometry. Pokładowy komputer będzie karmił się ich danymi by setki razy na sekundę danymi, móc przeliczać kurs i wprowadzać potrzebne korekty.

Te półtorej minuty lotu poprzedzać (lub następować) będzie zawsze cały dzień ładowania baterii słonecznej. Z racji odległości, do powierzchni Marsa dociera jedynie 44% energii słonecznej, którą cieszymy się na Ziemi. Co więcej tylko jedna trzecia zgromadzonej energii zostanie zużyta na loty. Dwie trzecie będzie potrzebne do ogrzewania helikoptera, tak by przetrwał niemal stustopniowy mróz w czasie marsjańskich nocy. Loty będą się odbywać późnym przedpołudniem. To kolejny kompromis - poranne słonko ogrzewa pojazd ale również rozrzedza atmosferę. NASA uznała, że około 11:00 rano będzie dość ciepło ale jeszcze nie za ciepło by latać.

Bardzo ciekawe wygląda kwestia testowania tego cacka na Ziemi. W tym celu NASA umieszczała helikopter w komorze próżniowej gdzie odwzorowywano ciśnienie czerwonej planety oraz za pomocą linki “odciążała” maszynę tak, by symulować marsjańską grawitację. Zwróćcie uwagę jak zamontowano nóżki. Nie są przyczepione na dole “kostki” podwozia, ale na górze. Zakładam, że to obniża środek masy. Dzięki temu nawet przy mocniejszym lądowaniu, MHS pokica sobie ale nie powinien się przewrócić. Powiedziałbym, że najbliższa pomocna dłoń byłaby wtedy miliony kilometrów dalej, ale kto wie - może NASA spróbowałaby ustawić go do pionu łazikiem. Obyśmy się nie przekonali.

Patrząc na marsjański helikopter myślę, że może być ciekawie porównać go z wypasionym, ziemskim dronem… Chwilka z guglem, mówi, że ponoć DJI Mavic 2 Pro jest wypasiony, więc jedziemy...

	Mars Helicopter Scout	DJI Mavic 2 Pro
Masa	1800 g	907 g
Wirniki	Dwa współosiowe wirniki, Średnica - 1200 mm	Cztery wirniki, Średnica - 211 mm
Prędkość obrotowa	do 2800 rpm	do ~ 10 000 rpm
Czas lotu	90 sekund	30 minut
Zasięg	600 metrów (na Marsie)	15 km (na Ziemi)
Bateria	12 000 mAh	3830 mAh
Cena	$ 23 000 000	$ 1 500

Zatem czekamy. Start w 2020 roku, lądowanie w 2021 i fotkę marsjańskiego łazika strzeloną przez marsjański helikopterek.

* - pewnie dlatego NASA planuje wysłanie na Tytana kwadrokoptera. Mógłbym długo opowiadać dlaczego dla mnie to jedna z najbardziej ekscytujących misji jakie mogę sobie wyobrazić w realnej przyszłości. Tuż obok konstrukcji bazy na Księżycu, załogowej misji na Marsa, eksploracji Enceladusa i Europy, oraz budowy teleskopów mogących badać planety pozasłoneczne. Dla przypomnienia – tytanowy szowinista.


Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.