Витла в Космоса

Ingenuity първоначално е замислен само като технологичен демонстратор, който да е допълнение към основната мисия на марсохода. Идеята е да се тества дали полетът в марсианското небе изобщо е възможен на настоящия етап от еволюцията на дроновете. Оказва се обаче, че Ingenuity не просто е способен да направи това. От април 2021 г. досега апаратът е извършил над 13 пъти повече безаварийни излитания и кацания в сравнение с първоначално планираните само пет тестови полета, първият от които е просто вертикално издигане във въздуха.

Предизвикателствата пред "космическия" дрон не са никак малко. На първо място е изключително разредената атмосфера на Марс, като плътността й е само 0.6% от тази на Земята. За да се генерира достатъчна подемна сила, витлата на безпилотния апарат трябва да се въртят с в пъти по-висока скорост, отколкото на нашата планета. Първоначално не е напълно ясно и как Ingenuity ще се държи в условията на различна гравитация.

Въпреки че притеглянето на Марс е около една трета от това на Земята, апаратът трябва да е и изключително лек. За целта той се захранва от енергоизточник с възможно най-ниско тегло, а именно неголям соларен панел. Последното означава, че дронът не може да функционира и да презарежда батериите си през дългите марсиански нощи, както и дали изобщо може да оцелее при свръхниските температури по време на местната зима.

Също така се налага дронът да е напълно автономен, тъй като няма как да се управлява дистанционно от Земята. На практика радиосигналът до Марс пътува между 5 и 20 минути само в едната посока, така че полетният план на Ingenuity се задава предварително и трябва да е напълно изчерпателен. След това апаратът трябва да се оправя абсолютно самостоятелно, обработвайки с хардуера и софтуера си данните от неговите "умни" камери и избирайки най-подходящото място за (без)аварийно кацане.

Прототипът, който изумява всички

За изминалите малко повече от 2 години и половина ефективността и издръжливостта на хеликоптера в условията на сурова марсианска среда значително надхвърлиха очакванията. Малко след началото на мисиите в реални условия Ingenuity надмина всички предвиждания за височина, далечина и продължителност на полета. Първоначално беше предвидено дронът да се издига само на 3 до 5 метра и да остава във въздуха не повече от 90 секунди. Безпрецедентните 68 мисии по-късно дронът вече е способен да измине наведнъж цели 828 метра за 147 секунди - най-дългия единичен полет до момента, издигайки се на 10 метра над марсианската повърхност и ускорявайки се до 36 км/ч.

След първоначално планираните 5 полета Ingenuity престана да е просто технологичен демонстратор и постепенно се превърна в истински въздушен скаут. Заснетите от него фотографии и видеоклипове във висока резолюция вече служат за планиране, корекция в маршрутите и определяне на изследователските задачи на основния марсоход Perseverance. До момента (18 декември) малкият марсиански хеликоптер сумарно е прекарал във въздуха 121 минути, прекосил е 15.3 км и е успявал да достигне максимална височина от 24 метра.

Въпреки че вече не се води тестов прототип, Ingenuity все пак си остава само първата стъпка в развитието на апаратите за изследване на други светове от въздуха. В момента NASA и AeroVironment работят по няколко концептуални проекта, които може да се окажат следващата фаза от еволюцията на "чуждопланетните" дронове.

Единият от тях се нарича Mars Science Helicopter. Става дума за много по-мощен дрон хексакоптер, използващ шест витла, подредени в кръг около централна структура. Замисълът е апаратът, макар и по-лек, да е с размерите на марсиански роувър и да осигурява достъп до места, до които земните учени не са имали достъп до момента.

Най-амбициозният и мащабен наследник на Ingenuity се нарича Dragonfly - 450-килограмов дрон, който ще е способен да лети в атмосферата на сатурновата луна Титан Източник: NASA

Бъдещият шествитлов дрон вече не само ще е оборудван с "умни" камери, а ще може да носи и допълнително научно оборудване. Според различни оценки теглото му може да варира между 0.5 и 2 кг или пък дори да достигне 2-5 кг. Общата маса на Mars Science Helicopter вероятно ще е около 30 кг и би трябвало да може да прелита наведнъж до 10 км без презареждане на батериите. За момента обаче този проект си остава предимно концептуална разработка.

Следващите "космически" вертолети

Не така стоят нещата с проекта Mars Sample Recovery Helicopter, който вече е в ход. Става дума за две подобрени версии на Ingenuity, които да се използват като резервен вариант за въздушно транспортиране на проби от марсианската почва, предназначени за изпращане на Земята. Според основния план малко след 2030 г. марсоходът Perseverance трябва да затвори в херметични контейнери неголеми количества от почвената маса на червената планетата, след което да ги пренесе "по суша" до специален спускаем апарат, който носи на борда си малка орбитална ракета. Въпросната ракета трябва да изстреля пробите към апарат, обикалящ около Марс, който от своя страна да ги транспортира до Земята някъде около 2033 г.

Ако обаче поради някаква причина Perseverance се провали, на сцената трябва излязат двата нови витлови дрона. За разлика от Ingenuity, те ще са оборудвани със специална роботизирана ръка, способна да захваща контейнерите, както и с колела на краката за кацане. Последните ще им позволяват да се придвижват и по повърхността, за да достигат локациите, където са складирани пробите. Витлата на новите марсокоптери трябва да бъдат с около 10 см по-дълги, така че да могат да носят до 280 грама полезен товар. Предвидено е апаратите да прелитат наведнъж около 700 метра и да кацат на около 50 м от складираните проби, всяка от която тежи около 150 грама.

Концепцията за Mars Sample Recovery Helicopter се ражда през лятото на 2022 г. на базата на безпрецедентно доброто представяне на Ingenuity до момента. Допълнителни фактори са орязването на финансирането за марсианските изследователски програми на NASA, както и промяната в плановете на Европейската космическа агенция (ESA) по линия на проекта ExoMars заради спряното космическо сътрудничество с Русия след инвазията в Украйна. ESA се отказва да изпраща на Марс свой отделен роувър, като мисията в началото на следващото десетилетие трябва включва само марсиански спускаем апарат, на борда на който ще бъдат двата нови витлови дрона плюс ракетата, която трябва да осигури обратния полет на пробите до Земята.

В "дълбокия" Космос

Най-амбициозният и мащабен наследник на Ingenuity се нарича Dragonfly. Става дума за изключително дръзка мисия, чиято цел е през 2028 г. да изстреля витлов дрон към повърхността на Титан - най-голямата луна на Сатурн. Това е единственото небесно тяло отвъд пределите на вътрешната Слънчева система, където е кацал земен изследователски спускаем апарат (мисията Huygens на ESA от 2005 г.). Специфичното при Титан е, че има слаба гравитация в комбинация с четири пъти по-плътна атмосфера в сравнение със земната, което позволява ефективно аеродинамично забавяне на всяка изпратена сонда. Това прави спътника на Сатурн логична следваща цел за по-далечни планетарни изследвания.

Съчетанието на ниско притегляне и плътна атмосфера също така улеснява изследването на Титан с витлови дронове. На практика всеки обект, изпратен там, ще тежи около 40 пъти по-малко, отколкото на Земята. Затова и автономният хеликоптер Dragonfly ще изглежда като колос на фона на Ingenuity - ще е с маса около 450 кг и ще е затворен в термозащитна капсула с диаметър 3.7 метра. Апаратът ще наподобява голям квадрокоптер и ще има двойни витла, всяко от които ще е с диаметър 1 метър. Благодарение на ниската гравитация космическият хеликоптер ще може да прелита няколко километра в продължение на около половин час, придвижвайки се със скорост около 36 км/ч. и изкачвайки се на височина до 4 км над повърхността.

Dragonfly, за разлика от Ingenuity, ще се захранва не от соларен панел (все пак Сатурн е твърде далече от Слънцето), а от радиоизотопен термоелектрически генератор. Благодарение на него литиево-йонните батерии на сондата ще се презареждат по време на дългите нощи на Титан, всяка от които трае около 8 земни дни.

Ако всичко върви по план, апаратът трябва да бъде изстрелян в посока Сатурн през юли 2028 г. и да достигне своята дестинация през 2034 г.