Noi modele de pale pentru elicopterele marțiene ar putea extinde raza de zbor
Cercetătorii dezvoltă o nouă generație de pale pentru viitoarele elicoptere destinate explorării planetei Marte, cu obiectivul de a crește altitudinea și distanța de zbor. Inginerii folosesc simulări computerizate de înaltă fidelitate și teste în tunelul aerodinamic pentru a redesena paletele rotorului care ar putea echipa următoarele misiuni marțiene.
Elicopterul Ingenuity al NASA a intrat în istorie ca primul aparat cu propulsie care a zburat pe o altă planetă. Misiunea SkyFall, programată pentru lansare în 2028, continuă această moștenire cu trei elicoptere destinate explorării planetei Marte. Ambele misiuni folosesc o paletă proiectată să funcționeze în atmosfera rarefiată a planetei, cu o margine curbă asemănătoare, dar distinctă față de paletele utilizate pe Pământ.
Cercetătorii explorează modele neconvenționale de pale, mai subțiri și mai ascuțite, menite să permită misiunilor viitoare, după SkyFall, să își extindă raza de acoperire într-un singur zbor. O echipă de la Centrul de Cercetare Ames al NASA, din Silicon Valley, California, colaborează cu Imperial College London din Regatul Unit și cu Universitatea Nagoya din Japonia pentru a testa o nouă secțiune transversală a paletei, numită profil aerodinamic, care promite să îmbunătățească semnificativ performanța aerodinamică pe Marte.
Noul profil aerodinamic, denumit roamx-0201, a fost proiectat cu ajutorul unor simulări avansate și algoritmi adaptați condițiilor marțiene, care au orientat cercetătorii către o formă mai subțire și asimetrică. Testele ulterioare în tunelul aerodinamic au arătat că designul optimizat a sporit performanța și a reacționat mai bine în condiții de zbor riscante.
Echipa a folosit instrumente de simulare de înaltă fidelitate pentru a analiza performanța profilului roamx-0201 și pentru a o compara cu capacitățile lui Ingenuity. Rezultatele indică faptul că paletele redesentate ar putea permite viitoarelor elicoptere marțiene să extindă distanța parcursă într-un zbor neîntrerupt de la 0,7 kilometri, cât a realizat Ingenuity, până la 18,7 kilometri, transportând totodată instrumente științifice. Concluziile au fost anunțate într-un articol publicat pe 22 septembrie în revista AIAA Journal.
Paletele roamx-0201 au performat bine, în parte pentru că au putut funcționa mai mult timp la viteze mai mari înainte de a întâmpina fenomenul cunoscut drept „divergență a rezistenței la înaintare”, când performanța scade brusc pe măsură ce rotoarele se apropie de viteza sunetului, care pe Marte este mai mică decât pe Pământ.
Noua paletă se diferențiază de modelele anterioare și prin modul în care folosește turbulența pentru a genera portanță. Pe măsură ce aerul curge peste o paletă de rotor, se formează o regiune subțire numită „strat limită”. Noul profil aerodinamic perturbă intenționat fluxul acestui strat chiar la marginea frontală, creând o perturbație care, contraintuitiv, trage paleta în sus și ajută rotorul să ridice aparatul mai eficient decât modelele anterioare.
O altă provocare pentru aparatele cu rotor este „pierderea de portanță”, o condiție aerodinamică în care performanța scade brusc, iar zborul devine instabil după o modificare a unghiului fluxului de aer. Paletele lui Ingenuity au înregistrat degradări severe ale performanței în aceste condiții, însă, în condițiile studiate, designul roamx-0201 a arătat un comportament semnificativ îmbunătățit, ceea ce înseamnă că viitoarele elicoptere ar putea opera în siguranță pe o gamă mai largă de unghiuri de zbor.
Deși tehnologia nu este încă pregătită pentru Marte, testele îi ajută pe ingineri să înțeleagă și să soluționeze discrepanțele dintre predicțiile computaționale și performanța reală. Cercetările în curs din cadrul NASA urmăresc să permită elicoptere marțiene mai eficiente, care să zboare mai departe, să transporte mai multă încărcătură și să deschidă noi misiuni științifice și de descoperire.
