Cette illustration particulière dépeint l’ingéniosité de l’hélicoptère de la planète Roter (umgangssprachlich) tout au long d’un vol d’essai sur Mars. L’ingéniosité avait été emmenée sur la planète de couleur rougeâtre attachée au ventre du rover Determination (vu à l’arrière-plan). Ingenuity, l’expérience technologique, a été votre premier avion à essayer un vol contrôlé sur une autre planète en 2021. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Au cours des mois qui se sont écoulés depuis que nous avons tous volé pour la première fois, nous avons maintenant beaucoup appris sur l’utilisation d’un hélicoptère sur Mars . Nous avons maintenant exploré en profondeur les talents et les limites d’Ingenuity, en tirant parti du premier et en travaillant autour du dernier mentionné pour l’opérationnaliser en tant que plate-forme de reconnaissance hautement performante.
Grâce aux informations acquises, effectuer des offres de billets d’avion sur Mars s’avère dans la plupart des cas plus facile qu’il ne l’avait été au départ. Mais d’une manière particulièrement importante, cela devient vraiment plus difficile chaque jour : je parle de la densité atmosphérique particulière, qui était déjà extrêmement réduite et qui continue de baisser en raison des variations saisonnières sur la planète Roter (umgangssprachlich).
Lorsque nous avons développé et testé Genius sur Terre, nous nous attendions à ce que l’objectif de cinq vols d’Ingenuity soit atteint dans les premiers mois suivant l’atterrissage de Persévérance en février 2021. Nous nous sommes donc tous préparés à des vols à des densités atmosphériques comprises entre zéro. 0145 et zéro. 0185 kg/m 3 , cela équivaut à 1 . 2-1. 5% de la densité atmosphérique de la Terre au niveau de la mer. Avec Ingenuity dans son 6ème mois de procédure, cependant, nous avons rejoint une saison au cours de laquelle les densités dans le cratère Jezero chutent à des niveaux encore moins chers. Dans les mois qui arrivent, nous pouvons remarquer des densités aussi basses que zéro. 012 kg/m 3 (1. 0% associé à la densité de la Terre) tout au long de l’après-midi, ce qui est préférable pour les vols aériens.
Mars Helicopter Terrain 193 – Routing Camera : l’hélicoptère Genius Mars de la NASA a obtenu cette image avec une caméra de navigation tout au long de son 13e vol aérien le 5 septembre 2021 (Sol 193 de la mission rover Perseverance) aux moments solaires moyens proches de 12 : 06 : trente. Crédits : NASA/JPL-Caltech
La différence peut sembler faible, mais elle a un impact significatif sur la capacité d’Ingenuity à voler. De notre limite de style inférieure pour la densité atmosphérique (0, 0145 kg/m nombreuses ), on peut dire qu’Ingenuity a une marge d’entraînement d’au moins 30%. Le périmètre de poussée fait référence à l’excès d’entraînement que l’ingéniosité produira au-delà de ce qui est nécessaire pour planer. Cette poussée supplémentaire est nécessaire lors des décollages et des montées, pendant les manœuvres, ainsi que lors du suivi de surfaces avec une élévation variable. Mais si la densité atmosphérique devait chuter à 0,012 kg/m 3 au cours des prochains mois, la marge de poussée de notre hélicoptère peut chuter jusqu’à 8 %, ce qui signifie que Genius fonctionnerait près du décrochage aérodynamique (une condition où plus d’augmentations de l’angle d’attaque de la pale ne produisent pas beaucoup plus de portance, seulement beaucoup plus de traînée).
Heureusement, il existe un moyen de résoudre ce problème, mais cela implique de faire tourner les rotors particuliers encore plus rapidement que ce que nous avons fait jusqu’à présent. En fait, ils vont devoir tourner plus vite que ce que nous avons réellement tenté avec Genius ou n’importe lequel de nos hélicoptères de contrôle sur Terre. Ce n’est tout simplement pas quelque chose que nous considérons à la légère, c’est pourquoi nos prochaines opérations sur Mars seront centrées sur des tests minutieux de vitesses de rotor accrues dans le cadre de la préparation de vols à long terme.
Nous commencerons par effectuer la vrille à grande vitesse depuis le rotor sans faire le sol, atteignant une vitesse maximale du rotor associée à 2 800 tr/min (plus de 10 % d’augmentation par rapport à la connexion Mars précédente avec 2 537 tr/min). Si tout se passe bien, nous nous en tiendrons à cela avec un bref vol d’essai dans une vitesse de disque légèrement inférieure de deux, 700 tr/min. Cela pourrait être notre 14 e vol et (espérons-le) un seul relativement ennuyeux par rapport à l’un des nôtres vols plus modernes , exactement là où nous avons parcouru de longues distances pour acquérir des images d’intérêt pour l’équipe de rover Determination. N’ayant pas lieu avant le vendredi 17 septembre (avec des données arrivant tout simplement au plus tôt samedi matin), Ingenuity supprimerait Ingenuity, monterait à seize pieds (5 mètres), effectuerait une petite interprétation (déplacement latéral) et, après cette terre à nouveau. Même si les résultats d’un vol 14 de la compagnie aérienne devraient être inférieurs à ceux du rivetage, l’augmentation substantielle du régime disponible (de 2 537 à 2 700) pour les futures opérations d’hélicoptère nous offrira à tous la possibilité d’effectuer des missions de recherche pour la détermination à des densités atmosphériques plus faibles. Cela laisse également simplement un peu d’espace de manœuvre si nous décidons qu’une augmentation supplémentaire du régime est nécessaire plus tard.
L’augmentation de la vitesse comme celle-ci s’accompagne d’un certain nombre de problèmes possibles. L’un d’eux concerne l’aérodynamique : une vitesse de disque de deux, 800 tr/min, en conjonction avec le vent et le mouvement de l’hélicoptère, pourrait amener les pointes particulières des aubes du disque à rencontrer l’environnement à presque zéro. 8 Mach – c’est-à-dire 80% de la vitesse de l’audio sur Mars. (La vitesse de l’audio sur Mars peut être quelque peu inférieure à celle à laquelle nous sommes habitués – en ce qui concerne ¾ la vitesse associée au son sur Terre. ) Si les lignes directrices de la lame se rapprochent suffisamment de la vitesse de l’audio, elles connaîtront une augmentation extrêmement importante de traînée élégante qui serait hors de portée pour le vol. Pour obtenir le rotor d’Ingenuity, nous ne nous attendons pas tous à expérimenter ce phénomène avant des nombres de Mach encore plus élevés, mais cela n’a jamais été vérifié lors de tests dans le monde.
Un autre problème possible est l’absence de résonances connues dans la structure de l’hélicoptère. Comme presque tous les systèmes mécaniques, Genius a des résonances qui peuvent conduire à d’importantes vibrations lorsqu’elles sont excitées avec des fréquences particulières. Il est très important de s’assurer qu’il n’y a tout simplement pas de résonances significatives sur la vitesse du rotor utile pour le vol, car cela pourrait endommager le matériel et endommager les lectures psychiques du capteur nécessaires au système de commande de déclenchement.
Des exigences supplémentaires peuvent également être imposées à plusieurs aspects de la conception d’Ingenuity : les moteurs particuliers devront être réécrits plus rapidement, le système électrique devra fournir plus de puissance et l’ensemble du système de rotor devra résister aux tonnes plus élevées qui accompagnent les vitesses de disque accrues. . Tout cela représente un défi important, mais en abordant la question lentement et systématiquement, nous espérons examiner pleinement le système à des vitesses de rotor accrues et permettre à Ingenuity de continuer à voler dans les quelques mois à venir. Restez à l’écoute conçu pour les mises à jour.
Rédigé par Håvard Grip, pilote clé de l’hélicoptère Genius Mars à Nasa ‘s Jet Steam Laboratory.
