Jedan od aduta Nasine misije 'Mars 2020', koja bi trebalo da krene sledećeg jula, jeste ta što će poneti mali dron. Jaka stvar, barem s gledišta javnog mnenja, jer je to dodatak u poslednjem trenutku koji će imati malo naučnog značaja (u stvari, tim rovera 2020 se u prvo vreme snažno protivio uključivanju helikoptera). U svakom slučaju imaćemo priliku da vidimo prvi helikopter na Crvenoj planeti u akciji. Reč je o vrlo malom i, pre svega, izuzetno laganoj letilici, teškoj manje od 1,8 kg. Ali kakav će zvuk stvarati kada leti na Mars? Logično bi bilo pomisliti da je, zbog svoje male veličine, buka rotora prilično oštra, poput zvuka zujanja. Ali ne. Pogledaj video koji sledi:
Doista, buka Marsovog helikoptera je vrlo ozbiljna, više nalikuje zvuku ubojitih vanzemaljskih mašina iz poslednjeg Spilbergovog filma 'Rat svetova' nego dronu (i, pre nego što iko pita, zvuk je autentičan, iako je očito reč o testiranju na Zemlji, jer je atmosferski pritisak na Marsu simuliran u velikoj vakuumskoj komori). Za taj čudni zvuk krivac je sâm Mars – i vakuumska komora za testiranje – jer ima izuzetno 'tanku' atmosferu, sa pritiskom od samo 0,7% Zemljinog. To znači da bismo, kada bi uspeli da preživimo neprijateljsko okruženje Marsa bez skafandera, čuli zvukove mnogo prigušnije. Mala gustina, zajedno sa hemijskim sastavom atmosfere – uglavnom od ugljenikovog dioksida – faktori su koji smanjuju frekvenciju zujanja helikoptera.
Delovi Marsovog robotskog helikoptera. Proizvela ga je laboratorija JPL. Projektom rukovodi inženjerka Mimi Aung (1968)
Istina je da razlika ne bi trebalo da bude previše dramatična, ali nije moguće testirati Marsov dron u Zemljinoj atmosferi, jer je dizajniran za let na Marsu. Ako bi se aktivirao na Zemlji, ne bi uspeo previše da se podigne zbog velikog trenja rotora u Zemljinoj atmosferi i vremenom bi se slomio. Zasad nismo uspeli da snimimo zvuke sa Marsove površine – sonda 'InSight' je to učinila indirektno – ali će rover 'Mars 2020' nositi jedan mikrofon koji će nam omogućiti da čujemo vetar i, možda, helikopter. Marsov helikopter – za sada je jednostavno nazvan 'Mars Helicopter' (MH) ili 'Mars Helicopter Scout' (MHS) – putovaće na leđima rovera 'Mars 2020', koji će ga 'lansirati' u prikladnom trenutku. Pre svakog leta, rover će se odmaknuti iz sigurnosnih razloga. Let helikoptera će pre ličiti na skokove, jer će u vazduhu moći da ostane samo oko dva minuta.
Helikopter iz misije 'Mars 2020'. Naučnici bi bili zadovoljni da poleti makar 5 puta tokom 30-dnevne kampanje na početku celokupne misije. Mogao bi da odleti 300 m tamo i 300 nazad.
Mars je jedan od kamenitih svetova Sunčevog sistema s atmosferom u kojoj nije lako leteti, iza Zemlje, Titana i Venere. Iako je Marsovska gravitacija samo jedna trećina Zemljine – 38% da budem precizniji – niska gustina atmosfere znači da moraš da se krećeš vrlo brzo kako bi letilica stvorila dovoljno uzgona ako želi da ostane u vazduhu. Leteti na Marsu je isto kao da to radiš na Zemlji ali na visini od 30 kilometara, nešto rezervirano za rakete ili avione s egzotičnim scramjet motorima (poput sovjetskog 'GLL Holod', ruskog 3M22'Cirkon' ili Nasinog 'X-43A'). U slučaju helikoptera, to znači da kraci rotora moraju biti vrlo veliki ili da se (o)kreću ogromnom brzinom. Za Marsovski helikopter je odabran dizajn koji uključuje oba rešenja. S jedne strane, koristiće se dve kontra-okrećuće elise (koaksijalni rotori), svaka težine svega 35 grama, ali s prečnikom od 1,21 metra i površinom većom nego što bi im bila potrebna na Zemlji. S druge strane, brzina rotacije krakova biće do 2800 okretaja u minuti, što je oko pet puta brže od helikoptera na Zemlji.
Detalj helikopterskih rotora.
Hirurzi čekaju da naprave sliku, a onda instaliraju dron na rover.
Ovakav dizajn omogućava poništavanje ugaonih momenata oba rotora, kao kod ruskih helikoptera kompanije 'Kamov', izbegavajući potrebu dodavanja repne elise. Uz to, prednost je što gornji rotor povećava efikasnost donjeg rotora povećavajući protok vazduha koji prolazi kroz poslednji. Što se rotor brže okreće, postizaće veći uzgon, no važno je da se izbegne da vrhovi lopatica pređu brzinu zvuka na Marsu, koja je manja nego na Zemlji (oko 230 m/s na Crvenoj planeti naspram 343 na našoj planeti, iako brzina zvuka na površini Marsa fluktuira jače nego na Zemlji). U slučaju Marsovog drona, vrhovi će se kretati 76% lokalne brzine zvuka. Tehnički rečeno, Marsova atmosfera je uticala da dizajn aerodinamičkih površina ima vrlo male Reynoldove brojeve i vrlo visoke Mahove brojeve (Reynoldov broj meri, ugrubo rečeno, turbulenciju fluida). Osim toga, niska Marsova gravitacija diktira stajni trap dovoljno širok da spreči da se dron bočno prevrne prilikom sletanja.
Šema leta felikoptera na Marsu
Letni i navigacioni sistem helikoptera.
Marsov dron će moći da postigne vertikalnu brzinu do 2 m/s, a horizontalnu brzinu do 0,5 m/s, pri čemu će moći da se okreće ili naginje za oko 15°. Tokom minut ipo dugih skokova, helikopter će koristiti autonomnu navigaciju pomoću kamera – koje će praviti slike brzinom od 30 kadrova u sekundi – i LIDAR. Podaci će biti slati na Zemlju putem rovera 'Mars 2020'. Nosiće dva mala računara, jedan za navigaciju, quad-coreQualcomm Snapdragon 801 2,26 GHz, i drugi računar zadužen za letne zadatke, sa mikroprocesorom ARM Cortex-R5. Softver za kontrolu leta napisan je na jeziku C++. Helikopter će napajati 6 malih 'Sony-jevih' litijum-jonskih baterija od najmanje 36 Wh, koje će se puniti zahvaljujući maloj solarnoj ploči površine 680 cm2. Baterije će biti sposobne da osiguraju snagu od 500 W i napon od 4,3 volta.
Avionika i baterije helikoptera.
Šest ćelija baterije, proizvedene u 'Sonyju'. Težina – 273 grama.
Iz tog razloga moći će da izvede samo jedan let dnevno, budući da će se baterija, osim za letenje, koristi i za zagrevanje helikoptera tokom noći, jer nema RHU grejače od plutoniuma-238 poput rovera (30% energije baterije koristiće se kao rezerva, 25% za letenje, a ostatak za zagrevanje letilice). Iako noćna temperatura na Marsu pada i do
-100°C, helikopter ne sme da dopusti da se elektronika ohladi ispod -15°C. Letovi će se obavljati oko 11 sati po lokalnom vremenu kako bi baterija mogla da se napuni, a letilica će se podizati na visinu između 3 i 10 metara, putujući vodoravno oko 300 metara. Svaki let će trajati najmanje minut ipo, ali, prema konzervativnoj proceni, oni bi mogli da traju i nešto duže, posebno tokom prvih nedelja. Primarna misija će trajati mesec naših dana, iako bi mogla da se produži ako helikopter još uvek bude u dobrom stanju.
Predlog helikoptera sa početka stoleća na sondama 'Pathfinder' / MER.
Predlog sonde MSH (Mars Science Helicopter). Trebalo je da ima 5-20 kg i da dnevno preleće do 3 km.
NASA već duže vreme pokušava da pošalje helikopter na Mars. Početkom stoleća, JPL je 1997. predložio sondu sličnu 'Mars Pathfinderu', koja bi uključivala mali dron za istraživanje zone sletanja, ali projekat je otkazan zbog velikog rizika i malog naučnog interesa. Ako se ovog puta Marsov helikopter pokaže uspešnim, u budućnosti bismo mogli da gledamo i druge misije sa naučnim primenama. Nasin 'Ames' centar proučava MSH (Mars Science Helicopter) koji bi, uprkos svom imenu, zapravo bio heksakopter težak 5 do 20 kg, koji bi se mogao kretati po 3 kilometra dnevno. Izbor heksakoptera umesto tradicionalnog kvadkoptera je zato što četiri rotora ne bi mogla da stvore potreban potisak ukoliko letilica bude veća, s posledičnim rizikom od prekoračenja brzine zvuka, što bi stvaralo sve vrste teškoća oko kontrolisanja turbulencija...
Montaža helikoptera na rover 'Mars 2020'.
'Mars rover 2020'. Treba da sleti u julu 2020. u krater Jezero, koje je dobilo ime po jednom selu na reci Plivi u Republici Srpskoj.
Mars 2020 - e-knjiga D. Dragovića
Nasa odobrila lansiranje helikoptera u misiji Mars 2020
