هلیکوپتر نسل جدید مریخ ناسا دیوار صوتی را شکست

ناسا در یکی از مهم‌ترین آزمایش‌های هوایی خود برای مأموریت‌های آینده مریخ، موفق شد سرعت نوک تیغه‌های روتور هلیکوپتر مریخی را به فراتر از سرعت صوت برساند.

به گزارش سرویس هوافضای تک‌ناک، مهندسان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در پاسادینای کالیفرنیا اعلام کردند که تیغه‌های روتور نسل بعدی هلیکوپترهای مریخی توانسته‌اند در شرایط شبیه‌سازی‌شده مریخ به سرعت 1.08 ماخ برسند و در عین حال بدون شکستگی یا آسیب ساختاری به کار خود ادامه دهند. همچنین این آزمایش باعث افزایش حدود 30 درصدی ظرفیت تولید نیروی بالابر شد؛ موضوعی که برای پرواز در جو بسیار رقیق مریخ اهمیت حیاتی دارد.

پرواز در مریخ یکی از دشوارترین چالش‌های مهندسی هوافضا محسوب می‌شود. چگالی هوای مریخ تنها حدود یک درصد جو زمین است و همین مسئله تولید نیروی بالابر را برای هر وسیله پرنده به کاری بسیار پیچیده تبدیل می‌کند. مهندسان برای جبران این کمبود چگالی معمولاً دو راهکار اصلی در اختیار دارند، که شامل افزایش سرعت چرخش تیغه‌ها یا افزایش طول آنها می‌شوند. اما هر دو روش در نهایت نوک تیغه‌ها را به محدوده سرعت صوت نزدیک می‌کند؛ محدوده‌ای که رفتار جریان هوا بسیار ناپایدار و غیرقابل پیش‌بینی می‌شود.

سرعت صوت نیز در مریخ با زمین تفاوت قابل‌ توجهی دارد. این سرعت در سطح زمین حدود 1223 کیلومتر بر ساعت است، اما در جو سرد و کم‌فشار مریخ که عمدتاً از دی‌اکسید کربن تشکیل شده است به حدود 869 کیلومتر بر ساعت کاهش پیدا می‌کند. عبور نوک تیغه‌های روتور از این مرز می‌تواند موج‌های ضربه‌ای شدیدی ایجاد کند که فشار زیادی به ساختار روتورها وارد می‌کند.

به همین دلیل، ناسا در طراحی هلیکوپتر تاریخی Ingenuity که در سال 2021 نخستین پرواز کنترل‌شده روی سیاره‌ای دیگر را انجام داد، عمداً از نزدیک شدن نوک تیغه‌های روتور به سرعت صوت جلوگیری کرده بود. روتورهای آن هلیکوپتر در طول 72 پرواز هرگز از 2700 دور در دقیقه فراتر نرفتند و سرعت نوک تیغه‌ها حداکثر به 0.7 ماخ محدود شد تا خطر ورود به محدوده مافوق صوت کاهش پیدا کند.

یاکو کاراس، سرپرست آزمایش‌های روتور در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا بیان کرد که مهندسان در مأموریت Ingenuity عمداً حاشیه ایمنی بزرگی در نظر گرفته بودند تا در صورت برخورد با باد مخالف در جو مریخ، نوک تیغه‌های هلیکوپتر وارد محدوده مافوق صوت نشوند. او تأکید کرد که نسل بعدی هلیکوپترهای مریخی به عملکرد بسیار بالاتری نیاز دارند و ناسا باید مطمئن می‌شد روتورها می‌توانند با سرعت‌های بیشتر نیز به‌ صورت ایمن کار کنند.

این آزمایش‌ها در شبیه‌ساز فضایی 25 فوتی ناسا انجام شد؛ محفظه‌ای بزرگ که شرایط سطح مریخ را بازسازی می‌کند. مهندسان ابتدا هوای داخل محفظه را تخلیه کردند و سپس دی‌اکسید کربن کم‌چگال را جایگزین آن کردند تا شرایط واقعی مریخ شبیه‌سازی شود. پس از آن، روتورها تحت سرعت‌های فزاینده و بادهای مصنوعی قرار گرفتند.

تیم ناسا برای جلوگیری از خسارت احتمالی، بخشی از دیواره‌های محفظه را با صفحات فولادی پوشاند تا در صورت متلاشی شدن تیغه‌ها از تجهیزات محافظت شود. با وجود این، پس از 137 آزمایش، هیچ‌کدام از تیغه‌ها دچار شکستگی نشدند و روتورها توانستند با موفقیت به سرعت 1.08 ماخ برسند.

شرکت AeroVironment طراحی و ساخت این روتورها را برعهده داشت. ناسا در این پروژه دو نوع روتور را آزمایش کرد؛ یک روتور سه‌تیغه‌ای و یک نمونه دوتیغه‌ای بلندتر که برای پروژه SkyFall توسعه یافته بود. روتور پروژه SkyFall در سرعت 3570 دور در دقیقه به محدوده نزدیک به صوت رسید.

پروژه SkyFall نسل بعدی برنامه‌های هوایی ناسا در مریخ محسوب می‌شود. برخلاف Ingenuity که تنها یک نمایشگر فناوری بود و ابزار علمی حمل نمی‌کرد، هلیکوپترهای SkyFall قرار است حسگرها، تجهیزات علمی و باتری‌های بزرگ‌تر را حمل کنند تا مأموریت‌های طولانی‌تر و پیچیده‌تری انجام دهند.

ناسا اکنون پرتاب سه هلیکوپتر نسل جدید مریخی را برای دسامبر 2028 هدف‌گذاری کرده است. کارشناسان این سازمان معتقد هستند که موفقیت آزمایش‌های اخیر می‌تواند راه را برای استفاده گسترده‌تر از پرنده‌های خودکار در مأموریت‌های آینده مریخ هموار کند.