У Марса невероятно тонкая атмосфера – всего 0,6% от толщины земной. Зная это, можно утверждать, что в марсианской среде ни один аппарат летать не сможет. Самолеты, вертолеты и воздушные шары (аэростаты) используют разницу атмосферного давления для полета. Самолеты и вертолеты создают перепад давления, используя конструкцию крыльев и винтов для создания подъемной силы. Аэростаты и дирижабли используют разность между атомными массами воздуха и газов внутри (горячего воздуха или гелия), чтобы стать «легче воздуха». Как же создать в тонкой атмосфере перепад давления, который позволит передвигаться летательным аппаратам?
НАСА работает над несколькими идеями…
Марсианский самолет Prandtl-m
НАСА испытывает прототип летающего крыла, который называется сокращенно Prandtl-m. Если Prandtl-M успешно завершит падение на 450 000 футов, есть очень хороший шанс, что система может быть включена в предстоящий запуск марсохода и стать первым марсианским самолетом.
Prandtl-m – это летательный аппарат с неподвижным крылом, который по оценкам специалистов, сможет летать в марсианской среде.
Оказавшись в марсианской атмосфере, Prandtl-m развернет крылья и начать свою миссию. Самолет будет скользить на протяжении последних 2000 футов к поверхности Марса и имеет дальность около 20 миль. Довольно хороший способ расширить возможности исследования на Марсе.
Другая модель планера для Марса.
Миссия НАСА, запланированная на 2022-2024 года должна стать первой демонстрацией работоспособной модели.
Вертолеты
Проблема, с которой столкнулись ученые при конструировании машин, заключается не в способности летать в условиях низкого атмосферного давления, а в возможности взлета и посадки. Самолету необходим гладкий и достаточно длинный участок земли, что очень трудно найти на “красной планете”.
Можно ли использовать летательный аппарат, который будет взлетать и садиться вертикально, как вертолет?
В этом и заключается идея вертолета от компании JPL, предлагаемого как дополнение к марсоходам будущего. Телекоптер будет лететь впереди ровера, проверяя ландшафт и помогая инженерам в центре управления спланировать лучший маршрут передвижения. Аппарат будет заряжаться от нескольких солнечных батарей и будет способен совершать несколько вылетов в день.
Его ключевой особенностью являются вращающиеся в противоположных направлениях винты определенной формы и размера, разработанные специально для полета в марсианской среде при низком давлении.
Воздушные шары и дирижабли
Наиболее подходящий способ передвижения над красной планетой – аэростат. Они были первыми летательными аппаратами на Земле, так почему бы не использовать их на Марсе?
Многие десятилетия шары использовались для полетов в стратосфере Земли (на высоте от 10 до 50 км). Ее плотность почти такая же, как на Марсе. Срок службы обычных стратосферных баллонов ограничен несколькими днями из-за ежедневного нагрева и охлаждения баллона.
Гелиевые баллоны сверхвысокого давления, которые разрабатываются в настоящее время, будут иметь возможность находиться в воздухе от 100 дней до 1 года. Аэрозонды меньшего диаметра, несущие минимальную полезную нагрузку, способны находится в стратосфере около года.
Теперь НАСА намерено использовать эту технологию для использования в атмосфере Марса.
При входе космического корабля в марсианскую среду, аэрозонд сверхвысокого давления после отделения от корабля надувается и на парашюте опускается к поверхности Марса. После этого резервуар и парашют отцепятся от шара, и он продолжит движение параллельно покрову планеты на постоянной высоте днем и ночью.
Внутреннее давление в течение дня будет выше, чем ночью, хотя объем баллона останется таким же. НАСА продолжает разработку прочных и легких материалов, которые позволят нести больше груза. Их испытания еще продолжаются.
Совместив его с винтами можно добиться управляемости и получить в итоге дирижабль. Передвигаться зонд будет медленнее, чем самолет Prandtl-m, но быстрее, чем наземный ровер. Цеппелины с рулевыми устройствами лучше подходят для проведения съемки поверхности планеты.
Управляемые аэрозонды
Алексей Панкин, научный сотрудник Global Aerospace Corporation, в своей презентации представил управляемые летательные аппараты, которые могут месяцами плавать в марсианской атмосфере. Воздушные шары давно признаны дешевыми наблюдательными платформами и регулярно используются в наблюдениях за стратосферой Земли. Невозможность управления аэростатом является их минусом. Присоединение двигателя к аэростату, сделает его тяжелым, зависимым от мощности и дорогим в использовании.
Компания Global Aerospace Corporation предложила новейшую разработку, называемую StratoSail, которая управляет передвижением планетарного аэростата. Устройство представляет собой крыло, расположенное на длинном фале. Доктор Панкин сообщает, что небольшое легкое крыло может тянуть зонд со скоростью около 1 м/с.
На управляемых аэростатах будут установлены камеры высокого разрешения и приборы для изучения атмосферы и поверхности Марса. Расширенный диапазон управляемых воздушных шаров может предоставить новые возможности для наблюдений во время научных миссий.
Солнечный монгольфьер
Еще один тип аэростата, применение которого возможно на Марсе, – солнечный монгольфьер, названный так по фамилии братьев, впервые совершивших на нем полет. Его отличие заключается в том, что он не надувается легким газом из резервуара. При входе в атмосферу “красной планеты” он раскроется и заполнится «воздухом», который сразу же нагреется под действием солнечных лучей.
Плюс такой конструкции заключается в том, что при утечке воздуха он быстро заполнится новой порцией, которая сразу же прогреется лучами. Однако срок службы монгольфьера ограничен несколькими часами, до захода солнца. Он должен обеспечить мягкую, медленную посадку для небольших аппаратов с большей степенью безопасности, чем система посадки с парашютом или ракеты. Взмыть вверх после груза на поверхность планеты, чтобы продолжить собирать научные данные до захода Солнца.
Больше – лучше
Воздушные шары выигрывают от увеличения размера. Когда размер воздушного шара увеличивается, площадь поверхности увеличивается квадратично, но вместимость, зависящая от объема, увеличивается кубически.
Ракетные самолеты также рассматриваются в качестве средства исследования Марса. Однако такие самолеты будут совершать только заранее запрограммированные полеты над очень ограниченными районами. Это делает их плохо приспособленными для достижения целей глобальной или региональной разведки будущих исследований человека. Способность длительных, управляемых планетарных воздушных шаров изменять свою траекторию полета в атмосфере, и проводить детальную разведку, делает их очень мощным инструментом для будущих исследований Марса. Так что приоритетными остаются воздушные шары, как новый способ передвигаться по Марсу в атмосфере планеты.