Оцінка вартості місії SR-1 Freedom від NASA 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 виді розвідки, який ще кілька років тому не здавався реалістичним.
Перше реальне наукове використання 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 силової установки в далекому космосі.
Графік запуску для SR-1 Freedom і SkyFall є амбітним, адже ці проєкти навіть не існували в портфоліо NASA шість місяців тому. План NASA щодо місії SR-1 Freedom, вартість якої оцінюється в 2,1 мільярда доларів, передбачає перепрофілювання основного модуля скасованої місячної космічної станції Gateway як випробувального стенда для ядерно-електричної силової установки. SkyFall спиратиметься на успіх NASA з гелікоптером Ingenuity, експериментальним апаратом, який у 2021 році став першим літальним апаратом із гвинтами, що здійснив політ на іншій планеті.
Лабораторія реактивного руху NASA співпрацює з AeroVironment, розробником висотних дронів, для проєктування та створення трьох гелікоптерів SkyFall, а також одного запасного. Та сама команда стояла за створенням гелікоптера Ingenuity, який приземлився на Марсі разом із марсоходом Perseverance п’ять років тому.
Розробка триває
Минулого тижня AeroVironment оголосила про отримання контракту від JPL на “спільне проєктування та спільне виробництво” трьох гелікоптерів SkyFall. Ingenuity здійснив 72 польоти перед аварійною посадкою на початку 2024 року, значно перевищивши початковий план місії з п’яти випробувальних польотів. Інженери використовують конструкцію 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 роботи з більшим корисним навантаженням.
“SkyFall продемонструє, що марсіанські гелікоптери можуть бути створені як повторювана лінійка продуктів, а не як одноразові поставки”, — заявив Джефф Родріан, керівник відділу MacCready Works компанії AeroVironment, що займається передовими дослідженнями та розробками.
AeroVironment відповідає за системи гвинтів, планери, конструкції, інтеграцію авіоніки та розміщення наукових корисних навантажень, повідомила компанія у прес-релізі. JPL розробить систему живлення, електроніку, алгоритми та програмне забезпечення, а також георадар для пошуку льоду в приповерхневих шарах під поверхнею Марса. Кожен гелікоптер також нестиме набір камер та датчиків для збору даних про атмосферу Марса.
Це є покращенням порівняно з Ingenuity, який мав дві камери, але не мав жодних 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, що пролітатимуть над планетою.
«Ми вивчали плани запуску NASA, намагаючись знайти спосіб «підсадитися» в багажнику марсохода, посадкового модуля чи будь-чого іншого, що прямувало на поверхню Марса», — сказав Вілл Померанц, керівник космічних проєктів AeroVironment. «І стало зрозуміло, особливо після змін у планах Mars Sample Return, що найближчим часом нічого не прямуватиме на поверхню Марса, і ми не хотіли чекати».
Тож інженери розробили новий метод доставки гелікоптерів SkyFall на Марс. Замість того, щоб їхати разом із марсоходом, як це робив Ingenuity, SkyFall відокремиться від космічного корабля SR-1 Freedom під час наближення до Червоної планети. Вони увійдуть в атмосферу Марса, перебуваючи в захисному тепловому щиті, а потім звільняться для самостійного спуску та посадки під власною силою.
«Це стало початком розмови про те, що зараз відомо як маневр SkyFall», — сказав Померанц. «Ми вважаємо, що це досяжно. Ми можемо мати місію, де гелікоптери «викидаються»… виходять з капсули при вході в атмосферу Марса і самостійно дістаються поверхні, не потребуючи посадкової платформи чи марсохода.
«Ми були дуже захоплені цією ідеєю», — продовжив він. «Знову ж таки, це відкриває нові режими експлуатації та нові вікна запуску для дослідження поверхні Марса за новою ціною, що насправді захоплює, і, можливо, дозволить дістатися до місць, які були б недоступні іншими способами дослідження».
Обмеження вартості та маси
NASA не розкрило прогнозовану вартість місії SkyFall, а речник агентства відмовився надати Ars суму контракту JPL з AeroVironment.
Незважаючи на переваги, дрони, подібні до SkyFall, мають обмеження.
Досягнення в мініатюризації дозволяють розміщувати таке обладнання, як радари, на платформах розміром зі SkyFall. Але немає місця, щоб вмістити повний набір приладів класу марсохода на гелікоптері для Марса. Це означає, що, принаймні наразі, не буде роботизованих рук, свердел або корисного навантаження для пошуку доказів минулого чи теперішнього життя. Місія георадарів SkyFall перегукується зі стратегією NASA, що існує десятиліттями, щодо дослідження Марса: шукати воду.
У березні адміністратор NASA Джаред Айзекман оголосив про підтримку агентством місії SkyFall разом із SR-1 Freedom. Чітким пріоритетом NASA за адміністрації Трампа є створення місячної бази на поверхні Місяця. Айзекман також виступає за ядерні двигуни 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 дотримуємося термінів і бюджету — ці чарівні слова, які мені рідко вдавалося вимовляти раніше в моїй аерокосмічній кар’єрі, але я вимовляв їх щодо кожного марсіанського гелікоптерного проєкту, який ми робили тут, в AV».
Одним із нещодавніх проривів у наземних випробуваннях стали більші лопаті гвинта, які будуть використовуватися на гелікоптерах SkyFall. Атмосфера Марса тонка, лише 1% щільності повітря на рівні моря на Землі, тому гелікоптери, що літають на Марсі, повинні обертати гвинти швидше, ніж на Землі, щоб створювати підйомну силу. Важчі апарати потребують більшої підйомної сили, ніж легші, тому гвинти SkyFall будуть більшими, ніж у Ingenuity. Це означає, що кінчики гвинтів SkyFall розсікатимуть марсіанське повітря зі надзвуковою швидкістю. Розробники Ingenuity навмисно обмежували швидкість обертання гвинтів, щоб вони не перевищували Mach 1, побоюючись, що лопаті розіб’ються.
Інженери помістили лопаті гвинта розміром зі SkyFall до тестової камери на початку цього року та розкрутили їх до швидкості Mach 1.08 без пошкоджень.
«Нам вдалося підняти кінчики гвинта вище швидкості звуку», — сказав Померанц. «Це дає нам величезну впевненість у можливості експлуатації апаратів найбільш ефективним способом. Це також дає нам величезну впевненість у можливості реалізації самого маневру SkyFall і проходження через режим першого польоту, коли ми вийдемо з капсули та спустимося на землю».
NASA все ще перебуває в процесі вибору місця посадки для SkyFall, але пошук похованого водяного 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 місцях, сказав Померанц. Також ще рано говорити про те, як саме вчені використовуватимуть гелікоптери. Вони можуть летіти в різних напрямках після прибуття на Марс, або можуть виконувати скоординовані спостереження разом.
«Це надзвичайно цікава місія. Це власне демонстратор технологій, що демонструє цей маневр SkyFall», — сказав Померанц. «Потім також метою є, щоб ми обслуговували наукову місію, літаючи з виділеними науковими приладами, включаючи георадар».
Гелікоптери та майже нічого більше
Незважаючи на захоплення SkyFall, для програми дослідження Марса NASA настали 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 їх подальшого повернення на Землю. Лише місія Perseverance вже коштувала NASA приблизно 3 мільярди доларів.
Водночас бюджет NASA на планетарні наукові місії скорочувався протягом останніх кількох років. Адміністрація Трампа прагне ще більше його скоротити.
Це не означає, що марсіанська програма мертва. NASA є другорядним партнером у місії Європейського космічного агентства Rosalind Franklin, марсоході, який планується запустити у 2028 році для буріння в корі Марса в пошуках біомаркерів. Два скромні орбітальні апарати, частина місії NASA ESCAPADE, прямують до Марса після запуску минулого року для вивчення взаємодії між атмосферою Марса та сонячним вітром.
Стратегія NASA щодо майбутнього дослідження Марса тепер багато в чому схожа на 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. Через вісім років програма NASA з розробки комерційних роботизованих місячних посадкових модулів, відома як CLPS, все ще не набула обертів. Партнерство агентства зі SpaceX та Blue Origin щодо місячних посадкових модулів для пілотованих польотів — 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 Еймса NASA. NASA та Relativity не розкрили технічних чи фінансових деталей угоди.
Очікується, що NASA оголосить переможця конкурсу на розробку Марсіанської телекомунікаційної мережі пізніше цього року. Мережа доповнить та замінить можливості ретрансляції зв’язку, що зараз надаються застарілими науковими орбітальними апаратами NASA на Марсі, для зв’язку наземних диспетчерів з марсоходами Perseverance та Curiosity, що досліджують поверхню Марса.
Кожна з цих місій може стати кандидатом для доставки нових гелікоптерів на Марс, сказав Померанц.
«Моїм прагненням, безумовно, і нашою перспективою в AeroVironment є те, що гелікоптери повинні летіти на Марс у кожне вікно запуску, і вони повинні супроводжувати практично кожну іншу систему, що прямує на поверхню Марса, а тепер навіть на орбіту Марса», — сказав він. «Вони просто відкривають ці справді класні можливості для наукової спільноти, а згодом і для спільноти пілотованих досліджень, і єдиний спосіб, яким це відбувається, — це якщо їх легко інтегрувати, тому що вони завжди готові, завжди вчасно і коштують недорого.
«Одна з речей, яка мені подобається в гелікоптерах, це те, що вони є чудовими регіональними дослідниками», — сказав Померанц. «Ми можемо пролетіти понад кілометр за один політ. Можливо, в деяких широтах з часом вдасться 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». 
Дізнатися більше на: arstechnica.com