Helikopterlyft på Mars: hur ser framtiden ut?

Framtiden för Martian-flyget öppnade upp på måndagen. Det kommer att bli ännu en upptäcktsresa under det kommande decenniet eller två när vi finjusterar konstruktionen och tillämpningen av Marshelikoptrar.

Teamet vid NASA:s JPL reagerar efter att Ingenuity (på skärmen) gör sin första flygning på Mars på måndag. (Källa: NASA-videoklipp via Reuters)

När solens första ljus flimrade genom molnen på en sval vårmorgon i Washington lyfte en liten helikopter på en kall och ödslig planet nästan 300 miljoner km bort. Nyheterna från en annan värld så långt borta, gav kanske ett litet jubel bort från den skarpa verkligheten av epidemin på jorden. Klockan 6:46 EST visade data nedlänk från Mars att Mars Ingenuity, den lilla helikoptern, hade tagit sin första 40-sekundersflygningen där den steg ca 3 meter upp i luften.

Nyhetsbrev| Klicka för att få dagens bästa förklaringar i din inkorg

Wright Brothers ögonblick

jimmy iovine nettovärde

För ett par år sedan besökte jag Kitty Hawk, North Carolina, på väg till en familjesemester. Kitty Hawk är en obeskrivlig stad vid spetsen av Outer Banks. Det är på Kitty Hawk som ett par bröder, Orville och Wilbur Wright, hade denna överraskande önskan att försöka flyga det som skulle bli det första flygplanet på jorden. Om du går tillbaka hundra år, på den tiden, än mindre att flyga, var bilar inte på modet. Det var 1903 som den första Ford-bilen monterades: precis vid den tidpunkt då bröderna Wright försökte flyga det första planet. Därför är det intressant att människor eftersträvade önskan att flyga i en tid då bilar var en sällsynthet. Det primära transportsättet var hästar och hästvagnar: det fanns ett motstånd, på den tiden, mot att gå över till den hästlösa vagnen eller bilen. Liksom Ingenuity var den första motorflygningen av bröderna Wright kort (cirka 12 sekunder). Liksom uppfinningsrikedom visste ingen vid tidpunkten (för den framgångsrika flygningen) om eller om flygningen skulle förändra vetenskap och teknik eller inte ha någon betydelse för historiens gång. För bröderna Wright vet vi förstås att flykten förändrade den mänskliga civilisationen. För Mars uppfinningsrikedom vet vi förstås inte vad som kommer att hända i framtiden: i vilket fall som helst kommer vi kanske att veta om ett halvt sekel.

Dr Amitabha Ghosh är en planetforskare från NASA baserad i Washington DC. Han har arbetat för flera NASA Mars-uppdrag som började med Mars Pathfinder-uppdraget 1997. Han fungerade som ordförande för Science Operations Working Group för Mars Exploration Rover-uppdraget, och fick i uppdrag att leda taktiska Rover-operationer på Mars i mer än 10 år. Han hjälpte till att analysera den första stenen på Mars, som för övrigt råkade vara den första stenen som analyserades från en annan planet.

Helikopter i Mars uppdrag

vad är j cole nettovärde

Spola fram hundra år: Önskan att prova det ambitiösa experimentet, på gränsen mellan det galna och det ambitiösa, eftersom atmosfären är så tunn på Mars, kom från Jet Propulsion Laboratory. På något sätt gick det här experimentet inte ihop med de breda målen för Perseverance Rover som hade i uppdrag med vetenskapsmål från att leta efter bevis på liv till att tillverka syre på Mars. Men tjänstemän vid NASAs huvudkontor tog lång sikt och skrev på denna ambitiösa teknik: med en mycket viktig hänsyn till att teknikdemonstrationen kan misslyckas.

Ingenjörsutmaning: Det är en teknisk utmaning att flyga på Mars: atmosfären är 1 % i densitet jämfört med atmosfären på jorden. För att upprätthålla flygningen måste helikopterbladen rotera med 2400 rpm (Rotations Per Minute) eller ungefär 8 gånger så snabbt som en passagerarhelikopter för att flyga på jorden. Att en helikopter flyger några meter från marken på Mars, motsvarar att en helikopter flyger 2-3 gånger så hög som Mt Everest. För att ge ett sammanhang, flygplan som Boeing 747 flyger på 30 000 fot eller ungefär höjden av Everest. De bästa stridsflygplanen, som SR-71 från det amerikanska flygvapnet, kunde flyga så högt som tre gånger så högt som Mount Everest.

Den andra utmaningen är att designa ett farkost som kommer att ha sina egna kraft-, kommunikations- och mekaniska delsystem med en så liten massabudgetallokering. Detta farkost behövde inte bara gå i detta höga varvtal och vara beroende av solpaneler för ström, Ingenuity var också tvungen att överleva den mycket kalla marsnatten som kan vara brutal på batterier och omborddatorn.

På den här bilden från NASA svävar NASA:s experimentella Mars-helikopter Ingenuity ovanför Mars yta måndagen den 19 april 2021. Den lilla 4-pundshelikoptern reste sig från den dammiga röda ytan in i den tunna Marsluften på måndagen och uppnådde den första motordrivna, kontrollerade flygningen på en annan planet. (NASA via AP)

Blickar framåt

För jorden visste ingen om flyget skulle bli utbrett och en del av mänskligt liv. Den första genren av kommersiella flygbolag hade inte så stor framgång på 1920-talet när det gällde att få folk att flyga. Det fanns varken infrastrukturen eller kravet på att förvandla flyget till en massmarknadsaffär. Flyget som bransch var inte för svaga hjärtan. Några berömda industrimän som Henry Ford gick in i sektorn, blev brända och lämnade, efter att ha misslyckats med att göra en kontant positiv affär. Andra, som Indiens JRD Tata, överlevde de tuffa födelsevådorna av kommersiellt flyg och fortsatte med att driva ett framgångsrikt flygbolag.

Det finns två sätt på vilka uppfinningsrikedom kan eller inte kan förändra Marsflygets historia. För det första kan detta leda till flera uppdrag för att testa gränserna för Marsflyg och möjligheten att använda Mars-helikoptrar för uppdragsbehov. Efter uppfinningsrikedom måste det finnas ett par andra helikopteruppdrag för att ytterligare testa andra tekniska frågor: viktigast av allt hur långt kan en Mars-helikopter flyga, hur högt kan den flyga och vad är den maximala vikten den kan bära? Om dessa avstånd verkligen är betydande, kan en helikopter användas för att transportera människor eller frakta last på Mars? Vi är tillräckligt långt från den punkt där vi kommer att ha svar, men det här är några av de frågor som troligen kommer att övervägas när vi utforskar de tekniska gränserna för flygning på Mars.

För det andra, vad kan en liten helikopter som Ingenuity göra för att stödja ett roveruppdrag? Martian rovers kan korsa en begränsad sträcka varje sol. En av anledningarna till detta är att det finns begränsad information om roverns föreslagna rutt. Högupplösta bilder från omloppsbana stöder körning på Mars, men bilder från en helikopter kan ha mycket högre upplösning och kan uppnås snabbt. Bilder från omloppsbana har en mycket längre omloppstid. Således bör en helikopter kunna ge bättre bilder av faror längs en rovers rutt: och detta kan hjälpa till att planera en längre körning. För det andra finns det delar av landskapet som rovers inte kan nå: kanske en taggig sten eller en brant backe eller sänka. En helikopter skulle förmodligen kunna användas för att landa, göra en snabb vetenskaplig spaning och till och med föra tillbaka ett stenprov för rovern att analysera.

kim matula och ben goldberg

Slutsats

Framtiden för Martian-flyget öppnade upp på måndagen. Det kommer att bli ännu en upptäcktsresa under det kommande decenniet eller två när vi finjusterar konstruktionen och tillämpningen av Marshelikoptrar.

Dela Med Dina Vänner: