Zum ersten Mal in der Geschichte wurden auf zwei Planeten zukünftige Flugzeugdesigns getestet. In dieser Welt wurde kürzlich im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien ein neuer Rotor getestet, der mit Marshubschraubern der nächsten Generation verwendet werden könnte und sich mit nahezu Überschallgeschwindigkeit (0,95 Mach) dreht. Unterdessen hat der Ingenuity Mars Helicopter der Agentur im Rahmen experimenteller Flugtests neue Höhen- und Fluggeschwindigkeitsrekorde auf dem Roten Planeten aufgestellt.
„Unsere Mars-Hubschraubertests der nächsten Generation haben buchstäblich das Beste aus beiden Welten vereint“, sagte Teddy Tzanetos, Projektmanager von Ingenuity und Manager für die Mars-Probenbergungshubschrauber. „Hier auf der Erde verfügt man über alle Instrumente und praktische Unmittelbarkeit, die man sich beim Testen neuer Flugzeugkomponenten wünschen kann. Auf dem Mars herrschen reale Bedingungen außerhalb des Weltalls, die man hier auf der Erde nie wirklich wiederherstellen könnte.“ Dazu gehören eine hauchdünne Atmosphäre und eine deutlich geringere Schwerkraft als auf der Erde.
Die Rotorblätter der nächsten Generation aus Kohlefaser, die auf der Erde getestet werden, sind fast 4 Zoll (mehr als 10 Zentimeter) länger als die von Ingenuity, mit größerer Festigkeit und einem anderen Design. Die NASA geht davon aus, dass diese Rotorblätter den Bau größerer und leistungsfähigerer Marshubschrauber ermöglichen könnten. Die Herausforderung besteht darin, dass bei Annäherung der Blattspitzen an Überschallgeschwindigkeit die vibrationsverursachenden Turbulenzen schnell außer Kontrolle geraten können.
Um einen Raum zu finden, der groß genug ist, um eine Marsatmosphäre auf der Erde zu erzeugen, wandten sich die Ingenieure an den 25 Fuß breiten und 85 Fuß hohen (8 x 26 Meter) Weltraumsimulator des JPL – einen Ort, an dem Surveyor, Voyager und … Cassini bekam einen ersten Eindruck von weltraumähnlichen Umgebungen. Im September überwachte ein Team drei Wochen lang Sensoren, Messgeräte und Kameras, während die Rotorblätter einen Lauf nach dem anderen mit immer höheren Geschwindigkeiten und größeren Neigungswinkeln aushielten.
Ein Doppelrotorsystem für die nächste Generation von Marshubschraubern wird am 15. September im 25-Fuß-Weltraumsimulator im Jet Propulsion Laboratory der NASA getestet. Die Kohlefaserblätter sind länger und stärker als die des Ingenuity Mars Helicopter und erreichten bei Tests nahezu Überschallgeschwindigkeit. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
„Wir haben unsere Rotorblätter mit bis zu 3.500 U/min gedreht, das sind 750 Umdrehungen pro Minute schneller als die Ingenuity-Rotorblätter“, sagte Tyler Del Sesto, stellvertretender Testleiter des Sample Recovery Helicopter am JPL. „Diese effizienteren Rotorblätter sind jetzt mehr als eine hypothetische Übung. Sie sind flugbereit.“
Ungefähr zur gleichen Zeit und etwa 100 Millionen Meilen (161 Millionen Kilometer) entfernt erhielt Ingenuity den Befehl, Dinge auszuprobieren, die das Mars Helicopter-Team nie für möglich gehalten hätte.
Vierter Felsflugtest
Ursprünglich war geplant, dass Ingenuity höchstens fünfmal fliegen würde. Mit seinem ersten Flug im Missionslogbuch vor mehr als zweieinhalb Jahren hat der Hubschrauber seine geplante 30-Tage-Mission um das 32-fache überschritten und 66-mal geflogen. Jedes Mal, wenn Ingenuity in die Luft geht, betritt sie neues Terrain und bietet eine Perspektive, die keine frühere Planetenmission erreichen konnte. Aber in letzter Zeit hat Team Ingenuity mit seinem solarbetriebenen Drehflügler eine Spritztour unternommen wie nie zuvor.
„In den letzten neun Monaten haben wir unsere maximale Fluggeschwindigkeit und Flughöhe verdoppelt, unsere vertikale und horizontale Beschleunigung erhöht und sogar gelernt, langsamer zu landen“, sagte Travis Brown, Chefingenieur von Ingenuity am JPL. „Die Erweiterung der Hülle liefert unschätzbar wertvolle Daten, die von Missionsdesignern für zukünftige Marshubschrauber genutzt werden können.“
Dieses Video kombiniert zwei Perspektiven des 59. Fluges des Ingenuity Mars Helicopter der NASA. Das Video links wurde von der Mastcam-Z auf dem Marsrover Perseverance der NASA aufgenommen; Das Schwarzweißvideo rechts wurde mit der nach unten gerichteten Navcam von Ingenuity aufgenommen. Der Flug fand am 16. September statt. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Aufgrund der verfügbaren Energie und der Motortemperatur dauern Ingenuity-Flüge normalerweise etwa zwei bis drei Minuten. Obwohl der Helikopter in einem einzigen Flug durch schnelleres Fliegen mehr Boden zurücklegen kann, kann ein zu schnelles Fliegen das Bordnavigationssystem verwirren. Das System verwendet eine Kamera, die Steine und andere Oberflächenmerkmale erkennt, während sie sich durch ihr Sichtfeld bewegen. Wenn diese Funktionen zu schnell vorbeifliegen, kann das System die Orientierung verlieren.
Um eine höhere maximale Bodengeschwindigkeit zu erreichen, sendet das Team Befehle an Ingenuity, in größere Höhen zu fliegen (Anweisungen werden vor jedem Flug an den Hubschrauber gesendet), wodurch die Objekte länger im Blick bleiben. Flug 61 stellte einen neuen Höhenrekord von 78,7 Fuß (24 Meter) auf, als er die Windmuster des Mars untersuchte. Mit Flug 62 stellte Ingenuity einen Geschwindigkeitsrekord von 22,3 Meilen pro Stunde (10 Meter pro Sekunde) auf – und erkundete einen Standort für das Wissenschaftsteam des Perseverance Rovers.
Das Team hat auch mit der Landegeschwindigkeit von Ingenuity experimentiert. Der Hubschrauber war so konzipiert, dass er die Oberfläche mit einer relativ schnellen Geschwindigkeit von 2,2 Meilen pro Stunde (1 Meilen pro Sekunde) berührt, sodass seine Bordsensoren das Aufsetzen leicht bestätigen und die Rotoren abschalten konnten, bevor er wieder in die Luft abprallen konnte.
Ein Hubschrauber, der langsamer landet, könnte mit einem leichteren Fahrwerk konstruiert werden. Auf den Flügen 57, 58 und 59 probierten sie es aus und zeigten, dass Ingenuity mit Geschwindigkeiten landen konnte, die 25 % langsamer waren als ursprünglich vorgesehen.
Das ganze Mars-Chuck-Yeagering ist noch nicht vorbei. Im Dezember, nach der Sonnenkonjunktion, wird Ingenuity voraussichtlich zwei Hochgeschwindigkeitsflüge durchführen, bei denen es einen speziellen Satz von Nick- und Rollwinkeln ausführen wird, um seine Leistung zu messen.
„Die Daten werden bei der Feinabstimmung unserer aeromechanischen Modelle zum Verhalten von Drehflüglern auf dem Mars äußerst nützlich sein“, sagte Brown. „Auf der Erde werden solche Tests normalerweise bei den ersten paar Flügen durchgeführt. Aber dort fliegen wir nicht. Man muss etwas vorsichtiger sein, wenn man so weit von der nächsten Reparaturwerkstatt entfernt arbeitet, weil man nicht Es gibt keine Wiederholungen.“