NASA je predstavila novo zasnovo rotorjev, ki bi prihodnjim helikopterjem na Marsu lahko omogočila skoraj 19-kilometrske polete. Takšen doseg za zdaj napovedujejo računalniške simulacije, ne dejanski poleti na Rdečem planetu.
Simbolična slika prihodnjega helikopterja med poletom nad Marsom, kjer rotorji dvigujejo prah s površja planeta. (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)
Nova zasnova bi lahko močno povečala doseg helikopterjev
Marsova atmosfera ima le približno odstotek gostote Zemljine, zato je letenje nad površjem Rdečega planeta precej zahtevnejše, kot bi lahko sklepali po izkušnjah z Zemlje. Helikopterski rotorji morajo v izjemno redkem zraku ustvariti dovolj vzgona, ne da bi za to potrebovali preveč energije. Prav pri iskanju učinkovitejših rešitev je mednarodna skupina raziskovalcev dosegla napredek, ki ga je ameriška vesoljska agencija predstavila 20. oktobra 2026.
Po navedbah NASA so strokovnjaki njenega raziskovalnega centra Ames v sodelovanju z londonskim Imperial Collegeem in japonsko univerzo Nagoya razvili nov aerodinamični profil rotorske lopatice z oznako roamx-0201. Računalniške simulacije kažejo, da bi takšna zasnova prihodnjim helikopterjem omogočila do 18,7 kilometra dolg neprekinjen polet, tudi ob prevažanju znanstvenih instrumentov. Kako velik preskok napovedujejo izračuni, kaže primerjava z Ingenuityjem. Ta je v vseh 72 poletih skupaj premagal približno 17 kilometrov, medtem ko bi lahko prihodnji helikopter z novimi rotorji po računalniških napovedih nekoliko večjo razdaljo preletel v enem samem poletu.
Zakaj lahko tanjše lopatice pomenijo velik napredek?
Bistvo nove tehnologije se skriva v obliki, ki je na prvi pogled precej drugačna od dosedanjih rešitev. Medtem ko je imel Ingenuity razmeroma zaobljen profil rotorskih lopatic, je roamx-0201 tanjši, ostrejši in izraziteje nesimetričen. Raziskovalci so ga zasnovali posebej za aerodinamične razmere na Marsu, kjer majhna gostota zraka zahteva velike hitrosti vrtenja rotorjev.
Pri takšnih hitrostih nastane težava, ko se gibanje delov lopatic približa hitrosti zvoka. Zračni upor lahko nenadoma močno naraste, učinkovitost rotorja pa upade. Ker je hitrost zvoka v hladni Marsovi atmosferi nižja kot v običajnih zemeljskih razmerah, morajo inženirji temu pojavu nameniti posebno pozornost. Nova oblika omogoča ugodnejše aerodinamično delovanje pri višjih hitrostih, preden nastopi izrazito povečanje upora.
Raziskovalce je posebej zanimala tudi tanka plast zraka, ki se med gibanjem oblikuje neposredno ob površini lopatice. Novi profil namerno spremeni tok v tej plasti že ob sprednjem robu, kar lahko izboljša ustvarjanje vzgona. Gre za drugačen pristop od običajnega prizadevanja za čim bolj nemoten zračni tok in za eno pomembnejših ugotovitev raziskave.
Razmerje med vzgonom in uporom boljše za 19 do 43 odstotkov
Rezultati so podrobneje predstavljeni v raziskavi, objavljeni v strokovni reviji AIAA Journal in dostopni prek Nasine zbirke znanstvenih poročil. Raziskovalci so primerjali profil roamx-0201 s profilom CLF5605, ki ga je uporabljal Ingenuity. Uporabili so dve neodvisni računalniški metodi ter eksperimentalne meritve v posebnem Marsovem vetrovniku japonske univerze Tohoku.
Primerjave so pokazale od 19 do 43 odstotkov boljše razmerje med vzgonom in zračnim uporom pri novem profilu. Računalniški izračuni so napovedali tudi približno 20 odstotkov večji največji vzgon. Takšne izboljšave so pomembne, ker lahko povečajo učinkovitost prihodnjih rotorjev ter ustvarijo možnosti za večjo nosilnost in daljše polete. Omenjeni odstotki se nanašajo na aerodinamične lastnosti preizkušenih profilov, ne na neposredno izmerjeno povečanje zmogljivosti celotnega helikopterja.
Novi profil se je bolje odrezal tudi pri približevanju tako imenovani izgubi vzgona. Do tega pride, ko se zaradi neugodnega kota zračnega toka aerodinamične lastnosti hitro poslabšajo, kar lahko ogrozi stabilnost letalnika. Pri zasnovi roamx-0201 so raziskovalci v proučevanih razmerah ugotovili manj neugodno obnašanje kot pri prejšnjem profilu. To bi lahko prihodnjim marsovskim helikopterjem omogočilo delovanje v širšem razponu letalnih razmer, če bodo prednosti potrjene tudi pri nadaljnjem razvoju celotnih rotorjev.
Ingenuity je odprl pot novi generaciji helikopterjev
Ko je Ingenuity 19. aprila 2021 prvič poletel nad Marsom, je bila njegova glavna naloga dokazati, da je takšen podvig sploh izvedljiv. NASA je sprva načrtovala največ pet poskusnih poletov v približno enem mesecu, vendar je mali helikopter deloval skoraj tri leta. Njegova misija se je končala januarja 2024 po poškodbi rotorskih lopatic. Podatke o tem izjemnem dosežku je objavila NASA Science.
Njegov uspeh je pokazal, da lahko letenje pomembno dopolni raziskovanje z roverji. Ti morajo previdno izbirati poti med skalami, peščenimi sipinami in drugimi ovirami, medtem ko lahko helikopterji teren pregledujejo iz zraka ter dostopajo do težko dosegljivih območij. Na teh izkušnjah temelji tudi Nasin projekt SkyFall, ki predvideva uporabo treh manjših robotskih helikopterjev na Marsu. Na Dnevnih Novicah smo že poročali o Nasinih helikopterjih SkyFall za raziskovanje Marsa, ki naj bi z radarji med drugim iskali vodni led pod površjem planeta.
Razvoj profila roamx-0201 pa predstavlja nadaljnji korak. NASA ga ne razvija kot neposredno zamenjavo rotorjev za SkyFall, temveč kot potencialno rešitev za še zmogljivejše letalnike prihodnjih generacij. Ti bi lahko opravljali zahtevnejše znanstvene naloge, pri katerih dosedanji doseg in omejena nosilnost majhnih helikopterjev predstavljata pomembno oviro.
Kaj še loči novo tehnologijo od poletov nad Marsom?
Čeprav so dosedanji rezultati obetavni, raziskovalce čaka še precej dela. Meritve v vetrovniku in računalniške simulacije omogočajo natančno proučevanje posameznih aerodinamičnih lastnosti, vendar se mora nova zasnova dokazati tudi kot del delujočega rotorskega sistema. Na zmogljivosti helikopterja poleg lopatic vplivajo še njegova masa, razpoložljiva energija, krmiljenje in atmosferske razmere, ki se na Marsu spreminjajo.
Pomembno odprto vprašanje ostajajo tudi razlike med računalniškimi napovedmi in eksperimentalnimi meritvami. Raziskovalci jih želijo bolje razumeti, preden bodo lahko zanesljiveje napovedali obnašanje nove zasnove v različnih razmerah. NASA za zdaj ni določila datuma, ko bi rotorji roamx-0201 lahko prvič poleteli nad Marsom.
Vendar bi lahko prav takšne izboljšave odločale o tem, katera območja bodo prihodnje odprave sploh lahko raziskovale. Helikopterji z večjim dosegom bi omogočili hitrejše pregledovanje oddaljenih delov površja, dostop do zahtevnih geoloških območij in opazovanje krajev, kamor roverji ne morejo varno priti. Nova raziskava tako ne odpira le možnosti za daljše polete, temveč tudi za drugačen način znanstvenega raziskovanja Rdečega planeta.