Кошторис NASA для SR-1 Freedom становить 2,1 мільярда доларів, але це не включає гелікоптери.
Вперше за понад 30 років NASA не має чітких планів щодо відправлення нових посадкових модулів чи марсоходів на Марс. Натомість, найближчі плани агентства щодо Червоної планети зосереджені на дронах — піонерському методі дослідження, який ще кілька років тому здавався нереалістичним.
Перше справжнє наукове застосування дронів на Марсі відбудеться з місією SkyFall, яка передбачає запуск трьох гелікоптерів не раніше кінця 2028 року. Гелікоптери SkyFall вирушать на Червону планету разом із місією NASA Space Reactor-1 “Freedom”, основною метою якої є демонстрація ядерно-електричної пропульсивної установки в далекому космосі.
Графік запуску є амбітним для SR-1 Freedom та SkyFall, проєктів, яких ще пів року тому не існувало в портфоліо NASA. План NASA для місії SR-1 Freedom, оцінений у 2,1 мільярда доларів, передбачає перепрофілювання основного модуля скасованої місячної космічної станції Gateway під випробувальний стенд для ядерно-електричної пропульсивної установки. SkyFall базуватиметься на успіху NASA з гелікоптером Ingenuity — експериментальним апаратом, який у 2021 році став першим апаратом із гвинтом, що здійснив політ на іншій планеті.
Лабораторія реактивного руху NASA співпрацює з AeroVironment, розробником висотних дронів, для проєктування та виготовлення трьох гелікоптерів SkyFall, а також одного запасного. Та ж команда стояла за гелікоптером Ingenuity, який приземлився на Марсі разом із марсоходом NASA Perseverance п’ять років тому.
Розробка в процесі
Минулого тижня AeroVironment оголосила, що отримала контракт від JPL на “спільне проєктування та спільне виробництво” трьох гелікоптерів SkyFall. Ingenuity здійснив 72 польоти перед аварійною посадкою на початку 2024 року, що значно перевищило початковий план місії з п’яти тестових польотів. Інженери використовують дизайн Ingenuity для гелікоптерів SkyFall. Нові апарати будуть дещо більшими за Ingenuity — приблизно 2,5 кг (5,5 фунтів) замість 1,8 кг (4 фунтів) — з модернізованими гвинтами для перевезення більшого корисного навантаження.
“SkyFall продемонструє, що марсіанські гелікоптери можуть бути виготовлені як повторюваний продукт, а не одноразова доставка”, — сказав Джефф Родріан, керівник відділу MacCready Works компанії AeroVironment, організації передових досліджень та розробок компанії.
AeroVironment відповідає за системи гвинтів, планери, конструкції, інтеграцію авіоніки та розміщення наукових корисних навантажень гелікоптерів, повідомила компанія в прес-релізі. JPL розробить систему живлення, електроніку, алгоритми та програмне забезпечення, а також георадар для пошуку льоду в неглибоких підповерхневих шарах Марса. Кожен гелікоптер також нестиме набір камер та датчиків для збору даних про марсіанську атмосферу.
Це покращення порівняно з Ingenuity, який мав дві камери, але не мав складних наукових приладів. Дальність польоту Ingenuity була обмежена необхідністю зв’язку через базову станцію на марсоході Perseverance, тоді як SkyFall зможе передавати та отримувати дані через орбітальні ретранслятори зв’язку, що пролітають над ним.
“Ми розглядали плани запусків NASA, намагаючись з’ясувати, коли ми зможемо “протягнути палець” і взяти ще один “автостоп” у вантажному відсіку марсохода, посадкового модуля або будь-чого іншого, що прямує на поверхню Марса”, — сказав Вілл Померанц, керівник космічних проєктів AeroVironment. “І стало зрозуміло, особливо з урахуванням змін у планах Mars Sample Return, що навряд чи щось прямуватиме на поверхню Марса найближчим часом, і ми не хотіли обов’язково чекати”.
Тож інженери вигадали новий метод доставки гелікоптерів SkyFall на Марс. Замість того, щоб летіти на борту марсохода, як це робив Ingenuity, SkyFall відокремиться від космічного корабля SR-1 Freedom під час наближення до Червоної планети. Вони увійдуть в марсіанську атмосферу, загорнуті в захисний тепловий щит, а потім звільняться для самостійного приземлення під власною силою.
“Це справді стало початком розмови про те, що зараз відомо як маневр SkyFall”, — сказав Померанц. “Ми вважаємо, що це досяжно. Ми думаємо, що можемо мати місію, де гелікоптери “викидаються”… виходять з капсули під час початкового входу в марсіанську атмосферу і не потребують посадкової платформи чи марсохода, щоб дістатися до поверхні.
“Ми були справді захоплені цією ідеєю”, — продовжив він. “Знову ж таки, це відкриває нові операційні режими та нові вікна запуску, відверто кажучи, для дослідження поверхні Марса за новою ціновою категорією, що справді захоплює, і, можливо, дозволяє дістатися до місць, куди неможливо дістатися іншими способами дослідження”.
Обмеження вартості та маси
NASA не розкриває прогнозовану вартість місії SkyFall, а представник агентства відмовився надати Ars.net вартість контракту JPL з AeroVironment.
Незважаючи на переваги, дрони, подібні до SkyFall, мають обмеження.
Сучасні досягнення в мініатюризації дозволяють розміщувати таке обладнання, як радари, на платформах розміром зі SkyFall. Але немає місця, щоб втиснути повний набір приладів ровера на марсіанський гелікоптер. Це означає, принаймні на даний момент, відсутність роботизованих рук, бурів чи обладнання для пошуку доказів минулого чи теперішнього життя. Місія георадарів SkyFall перегукується зі стратегією NASA щодо дослідження Марса, яка існує десятиліттями: слідувати за водою.
У березні адміністратор NASA Джаред Ісаакман оголосив про схвалення агентством місії SkyFall разом із SR-1 Freedom. Чітким пріоритетом NASA за адміністрації Трампа є створення місячної бази на поверхні Місяця. Ісаакман також підтримує ядерну пропульсію та шукає можливості для “перемог”, які є доступними та досяжними протягом наступних кількох років. SkyFall відповідає цим критеріям.
“Ми наполегливо працюємо вже кілька місяців”, — сказав Померанц. “Ми знову вкладаємося в терміни та бюджет — ці чарівні слова, які я не так часто мав нагоду вимовляти раніше в моїй аерокосмічній кар’єрі, але які я мав нагоду сказати щодо кожного марсіанського гелікоптерного проєкту, який ми реалізували тут, в AV.
Одним із нещодавніх проривів у наземних випробуваннях стало створення більших лопатей гвинта, які будуть використовуватися на гелікоптерах SkyFall. Атмосфера Марса розріджена, лише 1% щільності повітря на рівні моря на Землі, тому гелікоптери, що літають на Марсі, повинні обертати свої гвинти швидше, ніж на Землі, щоб генерувати підйомну силу. Більш важкі апарати потребують більшої підйомної сили, ніж легші, тому гвинти SkyFall будуть більшими, ніж у Ingenuity. Це означає, що кінчики гвинтів SkyFall будуть розрізати марсіанське повітря зі надзвуковою швидкістю. Розробники Ingenuity навмисно не дозволяли їхнім гвинтам перевищувати швидкість звуку, оскільки боялися, що лопаті розіб’ються.
Інженери помістили лопаті гвинта розміром зі SkyFall у випробувальну камеру на початку цього року і розкрутили їх до максимальної швидкості 1,08 Маха без пошкоджень.
“Нам вдалося підняти кінчики гвинтів вище швидкості звуку”, — сказав Померанц. “Це дає нам величезну впевненість у здатності експлуатувати апарати найефективнішим способом. Це також дає нам величезну впевненість у здатності реалізувати сам маневр SkyFall та пройти через режим першого польоту, коли ми зійдемо з вхідної капсули і знайдемо шлях до землі”.
NASA все ще перебуває в процесі вибору місця посадки для SkyFall, але пошук прихованого водного льоду може наблизити гелікоптери до постійних крижаних шапок на марсіанських полюсах. Інженери Jet Propulsion Laboratory та AeroVironment працюють над більшою сонячною панеллю для покращення виробництва енергії у високоширотних регіонах, сказав Померанц. Також ще занадто рано говорити про те, як вчені використовуватимуть гелікоптери. Вони можуть летіти в різних напрямках після прибуття на Марс, або ж можуть проводити скоординовані спостереження разом.
“Це надзвичайно цікава місія. Це, по суті, демонстратор технологій, що демонструє цей маневр SkyFall”, — сказав Померанц. “А також, мета полягає в тому, що ми будемо обслуговувати наукову місію, літаючи з виділеними науковими приладами, включаючи георадар”.
Гелікоптери та майже нічого іншого
Незважаючи на захоплення SkyFall, для програми дослідження Марса NASA настають складні часи. Космічне агентство скасувало зусилля з роботизованого повернення зразків гірських порід з Марса на Землю через зростання витрат, включаючи одну незалежну оцінку в 11 мільярдів доларів. Найновіший марсохід NASA, місія Perseverance, приземлився на Червоній планеті у 2021 році з метою збору зразків для подальшого повернення на Землю. Місія Perseverance сама по собі коштувала NASA приблизно 3 мільярди доларів на сьогодні.
Водночас бюджет NASA на планетарні наукові місії знижувався протягом останніх кількох років. Адміністрація Трампа хотіла б бачити його ще більшим скороченням.
Це не означає, що марсіанська програма мертва. NASA є молодшим партнером у місії Європейського космічного агентства Rosalind Franklin, марсоході, який планується запустити у 2028 році для буріння в корі Марса в пошуках біомаркерів. Два невеликі орбітальні апарати, частина місії NASA ESCAPADE, прямують до Марса після запуску минулого року для вивчення взаємодії між марсіанською атмосферою та сонячним вітром.
Стратегія NASA щодо майбутнього дослідження Марса тепер багато в чому нагадує підхід агентства до Місяця: купувати комерційні послуги. Це може окупитися в довгостроковій перспективі, але, як і досвід NASA з комерційними місячними місіями, крива навчання, ймовірно, буде крутою, особливо для посадкових модулів. За вісім років програма NASA з комерційних роботизованих місячних посадкових модулів, відома як CLPS, все ще не набрала обертів. Партнерство агентства зі SpaceX та Blue Origin щодо місячних посадкових модулів для людей — це окреме питання.
Нова комерційна марсіанська стратегія NASA починає розквітати. У червні космічне агентство оголосило про партнерство з Relativity Space для розробки комерційного орбітального апарату для доставки кількох наукових приладів на Марс для Дослідницького центру NASA Ames. NASA та Relativity не розкривають технічних чи фінансових деталей угоди.
Очікується, що NASA оголосить переможця конкурсу на розробку Марсіанської телекомунікаційної мережі пізніше цього року. Мережа доповнюватиме та замінюватиме можливості ретрансляції зв’язку, які наразі надаються застарілими науковими орбітальними апаратами NASA на Марсі, для зв’язку наземних контролерів із марсоходами Perseverance та Curiosity, що досліджують марсіанську поверхню.
Кожна з цих місій може стати кандидатом для доставки більшої кількості гелікоптерів на Марс, сказав Померанц.
“Мої прагнення, безумовно, і наша позиція в AeroVironment полягає в тому, що гелікоптери мають літати на Марс у кожне вікно запуску, і вони мають супроводжувати практично кожну іншу систему, що прямує на поверхню Марса, а тепер навіть на орбіту Марса”, — сказав він. “Вони просто відкривають ці справді круті можливості для наукової спільноти, а згодом і для спільноти дослідження людиною, і єдиний спосіб досягти цього — це зробити їх легкими для інтеграції, тому що вони завжди готові, завжди вчасно і не коштують надто дорого.
“Мені подобається в гелікоптерах те, що вони є чудовими регіональними дослідниками”, — сказав Померанц. “Ми можемо літати більш як на кілометр за один політ. Можливо, в деяких широтах згодом буде можливо літати більше одного разу на день. Знову ж таки, я не кажу, що це станеться з цими конкретними гелікоптерами, але категорія технології марсіанських гелікоптерів дозволяє це робити”.
За матеріалами: arstechnica.com