هلیکوپترهای مریخی نسل بعدی میتوانند دیوار صوتی را در سیاره سرخ بشکنند
وقتی تیغههای روتور هلیکوپتر به سرعت صوت نزدیک میشوند، شرایط میتواند بسیار پیچیده و پرریسک شود. در سرعتهای بالاتر از حدود ماخ ۰٫۸، موجهای ضربهای، افزایش پسا یا درگ، جریانهای ناپایدار و آشفتگی شدید هوا به وجود میآید که در سرعتهای پایینتر دیده نمیشود و میتواند تنشهای بزرگی به سازه وارد کند.
روی زمین، این مشکل با آزمایشهای گسترده و مهندسی دقیق قابل مدیریت است، اما طراحی پرندهای که بتواند در شرایط آیرودینامیکی کاملاً متفاوت مریخ کار کند، چالشی بسیار بزرگتر محسوب میشود.
هلیکوپتر اینجنیوتی که همراه مریخنورد پرسویرنس به مریخ رفت، عمداً در محدوده زیرصوت (پایینتر از حدود ماخ ۰٫۷) کار میکرد تا از خطرات پیشبینیناپذیر آیرودینامیکی جلوگیری شود. اما هلیکوپتر نسل بعدی مریخ که در قالب پروژه اسکایفال (SkyFall) در دست ساخت قرار دارد، قرار است بسیار فراتر برود. در آزمایشهای انجامشده در شرایط شبیهسازیشده جو مریخ، مهندسان ناسا توانستهاند روتورها را تا سرعت ماخ ۱٫۰۸، یعنی فراتر از سرعت صوت برسانند.
شانا ویترو-میسر از مرکز تحقیقاتی ایمز ناسا بهنقل از ساینسآلرت میگوید رسیدن به سرعت فراتر از صوت گام مهمی در اثبات امکانپذیری پرواز در شرایط سختتر است و نشان میدهد نسل آینده پرندههای فضایی میتوانند توانایی بسیار بیشتری داشته باشند. او توضیح میدهد که رسیدن به ماخ ۱٫۰۵ هدف خوشبینانه تیم بوده، اما آزمایشها حتی از آن فراتر رفته و به ۱٫۰۸ رسیدهاند.
تفاوت زمین و مریخ در این میان بسیار مهم است، زیرا جو مریخ فوقالعاده رقیق است و تنها حدود یک تا ۲ درصد چگالی جو زمین را دارد. همین موضوع باعث میشود رفتار آیرودینامیکی هواگردها کاملاً متفاوت باشد.
هلیکوپتر اینجنیوتی که در سال ۲۰۲۱ روی مریخ فرود آمد، نخستین آزمایش واقعی پرواز کنترلشده در سیارهای دیگر بود و دادههای ارزشمندی برای طراحی آینده فراهم کرد. این هلیکوپتر دراصل فقط برای پنج پرواز طراحی شده بود، اما در نهایت ۷۲ پرواز انجام داد و در سال ۲۰۲۴ سقوط کرد؛ آن هم نه به دلیل نقص پرواز، بلکه دراثر مشکل در سنجش فاصله هنگام فرود.
مهندسان ناسا برای جلوگیری از ریسک، پروازهای اینجنیوتی را طوری محدود کرده بودند که نوک تیغهها از ماخ ۰٫۷ فراتر نرود. اما در نسل جدید، هدف افزایش کارایی است و به همین دلیل باید اطمینان حاصل میشد که روتورها میتوانند با سرعتهای بالاتر نیز بهصورت ایمن کار کنند.
- پایان ماموریت اینجنیوتی؛ هلیکوپتر مریخی ناسا دیگر پرواز نخواهد کرد06 بهمن 02مطالعه '3
- داستان کاوشگر؛ چگونه نخستین هلی کوپتر فضایی ساخته شد؟05 مرداد 99مطالعه '8
از آنجا که سرعت صوت در جو رقیق مریخ حدود ۸۶۹ کیلومتر بر ساعت است (در مقایسه با ۱۲۲۵ کیلومتر بر ساعت در سطح دریا روی زمین)، رسیدن به دیوار صوتی در مریخ در سرعتهای پایینتری اتفاق میافتد.
برای آزمایش، ناسا از یک محفظه ویژه استفاده کرده که فشار هوا در آن کاهش داده میشود تا شرایط مریخ شبیهسازی شود. این محفظه همچنین بهگونهای تقویت شده که در صورت شکستن تیغهها، خطر پرتاب قطعات وجود نداشته باشد.
در آزمایشها دو طراحی بررسی شد: یک روتور سهتیغهای و یک روتور دوتیغهای. روتور سهتیغه تا ۳۷۵۰ دور در دقیقه چرخید و نوک تیغههای آن به ماخ ۰٫۹۸ رسید. روتور دوتیغهای با تیغههای بلندتر با حدود ۳۵۷۰ دور در دقیقه به همان سرعت رسید. در مقابل، روتورهای اینجنیوتی هرگز از ۲۷۰۰ دور در دقیقه فراتر نرفتند. در ادامه، با ایجاد جریان باد مخالف در محفظه، سرعت نوک تیغهها در نهایت به ماخ ۱٫۰۸ رسید.
پیشرفت حاصل میتواند حدود ۳۰ درصد نیروی بالابر بیشتری ایجاد کند و به هلیکوپترهای آینده امکان دهد تجهیزات علمی سنگینتری حمل کنند.
طبق برنامه، مأموریت اسکایفال احتمالاً در اواخر ۲۰۲۸ به فضا پرتاب خواهد شد و سه هلیکوپتر را به مریخ خواهد برد که برای شناسایی محلهای مناسب فرود انسان و نقشهبرداری از آب یخزدهی زیرسطحی طراحی شدهاند.