NASA Mars Helicopter-teamleden inspecteren het vluchtmodel (het daadwerkelijke voertuig dat naar Mars gaat), in de ruimtesimulator, een 25 voet brede (7,62 meter brede) vacuümkamer in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië, op 1 februari 2019. NASA/JPL-Caltech

Je zou kunnen denken dat het vliegen met een helikopter op Mars een bizarre, zeer onwaarschijnlijke gedachte. helikopters, ten slotte, bereiken lift door de luchtstroom af te buigen met hun rotorbladen, zoals dit handboek van de Federal Aviation Administration uitlegt. En Mars heeft niet veel lucht om dat te doen. Zijn dunne atmosfeer, in feite, is minder dan 1 procent van het volume van de atmosfeer op aarde.

We zullen, als je denkt dat het niet kan, NASA is erop uit om je ongelijk te bewijzen. Wanneer het ruimteagentschap zijn nieuwe Mars 2020-rover lanceert op een reis naar de rode planeet in juli 2020, het zal de Mars-helikopter hebben, een miniatuur robotvliegtuig, eraan gehecht. De experimentele helikopter, die zich in de laatste testfase bevindt, weegt iets minder dan 4 pond (1,8 kilogram) en de bladen zijn ongeveer 1,2 meter lang, van tip tot tip. NASA-onderzoekers hopen dat het de allereerste vlucht van een zwaarder dan lucht vliegtuig op de rode planeet zal bereiken.

NASA werkt al tientallen jaren aan de ontwikkeling van een helikopter die op Mars kan vliegen. als Bob Balaram, hoofdingenieur van het project bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in de buurt van Pasadena, Californië, uitleg per e-mail. Maar het oplossen van alle technische uitdagingen was een ontmoedigende taak.

"Een helikopter voor Mars moet sterk genoeg zijn om de reis naar Mars te overleven (hoge g-loads, trillingen, enz.) en de omgevingsomstandigheden waarmee het in de ruimte en bij aankomst te maken krijgt (nachtelijke kou, enzovoort.), Balaram zegt. "Het ontwerp van zo'n voertuig moet ook rekening houden met de unieke aerodynamica in de dunne atmosfeer van Mars, die uitdagende gewichtsbeperkingen oplegt aan het voertuigontwerp. Het is pas sinds kort mogelijk om aan deze strenge massabeperkingen te voldoen, met de komst van lichtgewicht elektronica (bijvoorbeeld componenten van mobiele telefoons), en batterijtechnologie (bijvoorbeeld lithium-ioncellen)."

Om lift te bereiken in een atmosfeer die gelijk is aan 100, 000 voet (30, 400 meter) in hoogte op aarde - meer dan twee keer de maximale hoogte die helikopters op deze planeet hebben bereikt - zullen de bladen van de Mars-helikopter draaien op 2, 300-2, 900 omwentelingen per minuut, ongeveer 10 keer sneller dan aardhelikopters.

Maar het bereiken van lift is slechts een van de dingen die de helikopter moet regelen. Het moet ook de brutaal koude nachttemperaturen van Mars kunnen overleven, die kan dalen tot min 100 graden Fahrenheit (min 73 graden Celsius), volgens Space.com. En het moet zichzelf kunnen opladen, wat het bereikt via een ingebouwd zonnepaneel. En vanwege de vertraging bij het verzenden van elektronische instructies vanaf de aarde, het kan niet worden geleid door een mens met een joystick naar huis. In plaats daarvan, het zal vertrouwen op ingebouwde sensoren.

De eenheid op de Mars 2020-missie is ontworpen om aan te tonen dat vliegen op Mars mogelijk is, in plaats van ander onderzoek te doen. Maar als het werkt zoals gepland, toekomstige helikopters zullen groter en capabeler zijn. "Het specifieke ontwerp dat werd gekozen voor de technische demonstrator (tegengesteld draaiende coaxiale rotoren) was om de prestaties voor de beschikbare ruimte op de Mars 2020-rover te maximaliseren, Balaram zegt. "De wetenschapshelikopters van de volgende generatie zouden configuraties met meerdere rotoren gebruiken met een laadvermogen van 0,5 tot 2 kilogram (1,1 tot 4,4 pond). De afmetingen van voertuigen kunnen doorgaans in het bereik van 20 tot 30 kilogram (44 tot 66 pond) liggen. De belangrijkste beperking zou zijn om de rotorbladen en het algehele systeem te verpakken in een configuratie die compatibel is met lander-ontwerpen voor Mars."

Helikopters en andere soorten vliegtuigen kunnen zeer nuttig zijn voor toekomstige verkenning van Mars, vooral als ze worden ingezet in combinatie met robotrovers op het oppervlak van de planeet.

"Vooral, ze zijn zeer geschikt voor het maken van camera's, sensoren, en andere instrumenten in terreinen die te extreem of onstabiel zijn voor oppervlakterovers - hellingen met een hoge hoek, kliffen, zeer ruw met keien bezaaid terrein, extreem zachte bodems, enzovoort., "Dave Larry, programmadirecteur voor verkenning van het zonnestelsel in NASA's Planetary Science Division, uitleg per e-mail. "Vliegende platforms kunnen ook het gebruik van sensoren over relatief grote terreinen mogelijk maken, wat voor een rover onbetaalbaar veel tijd zou kosten. of uiteindelijk een mens, bedekken, " zoals het verkrijgen van gedetailleerde scans van 40 hectare grote stukken land op het oppervlak van Mars. "Ze zullen ook nuttig zijn voor het vervoeren van kleine ladingen, zoals het inzetten van kleine instrumenten in een gebied van wetenschappelijk belang of het ophalen van monsters en deze terugsturen naar een centrale opslagplaats voor analyse."

Je zou kunnen denken dat orbitale satellietbeelden van Mars zouden dienen om luchtonderzoek van het oppervlak van Mars overbodig te maken, maar een vliegtuig dat op een lagere hoogte vliegt, kan beelden met een nog hogere resolutie maken en andere nuttige gegevens verzamelen die de instrumenten van een satelliet niet aankunnen. Satelliettechnologie "is beperkt wanneer een gedetailleerd close-upbeeld van een bepaalde regio gewenst is, " legt Lavery uit. "Door de mogelijkheid te bieden om een ​​camera of sensor enkele tientallen of honderden meters boven het oppervlak te laten vliegen, in plaats van honderden kilometers, atmosferische platforms kunnen zeer gedetailleerde weergaven van geselecteerde regio's van de planeet mogelijk maken."

Helikopters kunnen een hulp zijn voor eventuele menselijke kolonisten op de rode planeet. "Bijkomende taken die een Mars-helikopter kan uitvoeren, zijn onder meer het leveren van noodvoorraden, of onderdelen voor reparatie, " legt Dale Skran uit, in een e-mail. Hij is voorzitter van het uitvoerend comité van de National Space Society, een non-profitorganisatie die pleit voor de ontwikkeling en vestiging van de ruimte. "Echter, misschien wel het belangrijkste voordeel is de ultrahoge kwaliteit, multispectrale beelden ter ondersteuning van de zoektocht naar hulpbronnen die toekomstige kolonisten op Mars nodig hebben."

Skran voorziet toekomstige generaties helikopters met meer geavanceerde mogelijkheden. "Een volledig of grotendeels autonome helikopter, in combinatie met op kunstmatige intelligentie gebaseerde data-analyse, ondersteunt dat snelle verkenning en evaluatie van potentiële hulpbronnen op Mars met minimale menselijke tussenkomst, "zegt hij. "Dit is van cruciaal belang omdat in de vroege dagen van de exploratie en vestiging van Mars, menselijke arbeid zal schaars zijn."

Lavery merkte op dat robothelikopters ook kunnen fungeren als verkenners voor zowel rovers als astronauten die het oppervlak van Mars verkennen. Door het terrein te bekijken en een visuele preview te geven, hij zegt, "Deze verkenners zouden de efficiëntie en veiligheid van oppervlakteoperaties verbeteren door gevaarlijke of ineffectieve paden buiten beschouwing te laten en 'doodlopende wegen' te vermijden die niet konden worden geïdentificeerd door satellieten in een baan om de aarde."

Dat is nu interessant

Halverwege de jaren zestig werd een Mars-helikopter voorgesteld die astronauten kon vervoeren. Hier is een illustratie van het concept.