Hemos visto un helicóptero en Marte. Siguiente, ¿veleros?


El éxito del helicóptero Mars Ingenuity ha alentado a los ingenieros a considerar y reconsiderar todas las opciones para las observaciones aéreas remotas del Planeta Rojo. Los métodos adicionales para las vistas de pájaro de Marte no solo proporcionarían datos de mayor resolución sobre los paisajes a los que los rovers no pueden ir, como cañones y volcanes, sino que también podrían incluir el estudio de los procesos atmosféricos y climáticos que los orbitadores y rovers actuales no están equipados. para observar.

Esta imagen del Ingenuity Mars Helicopter de la NASA fue tomada por el instrumento Mastcam-Z del rover Perseverance el 15 de junio de 2021, el día 114 marciano, o sol, de la misión. La ubicación, “Aeródromo D” (el cuarto aeródromo), está justo al este de la unidad geológica “Séítah”. Créditos: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS.

“Tienes esta pieza realmente importante y crítica en esta capa límite planetaria, como en los primeros kilómetros sobre el suelo”, dijo Alexandre Kling, científico investigador en el Centro de Modelado Climático de Marte de la NASA, en un comunicado de prensa. “Aquí es donde ocurren todos los intercambios entre la superficie y la atmósfera. Aquí es donde se recoge el polvo y se envía a la atmósfera, donde se mezclan los gases traza, donde se produce la modulación de los vientos a gran escala por los flujos de montañas y valles. Y simplemente no tenemos muchos datos al respecto”.

Un concepto en el que Kling está trabajando con estudiantes de la Universidad de Arizona es un planeador sin motor. En el artículo del equipo, publicado en la revista Aerospace, señalan que los planeadores sin motor «mitigan las limitaciones de almacenamiento de energía y peso tradicionalmente asociadas con el vuelo motorizado al explotar los gradientes de viento atmosférico para el vuelo dinámico».

Debido a que no tendrían un sistema de propulsión, serían lo suficientemente livianos y compactos como para empaquetarse en CubeSats y desplegarse como cargas útiles secundarias a un costo relativamente bajo. Los aviones de vela se desplegaban, como origami, o se inflaban, como tablas de remo inflables de alta tecnología que se rigidizan a tamaño completo. Otra opción sería un despliegue rápido durante la Entrada, el Descenso y el Aterrizaje (EDL) de un vehículo de clase Laboratorio de Ciencias de Marte (MSL).

Los estudiantes han diseñado un planeador que tiene una envergadura de aproximadamente 11 pies (3,3 metros) y pesa aproximadamente 11 libras (5 kg). Sería capaz de transportar una serie de sensores de navegación, así como una cámara y sensores de temperatura y gas para recopilar información sobre la atmósfera y el paisaje marcianos.

El estudiante de doctorado en ingeniería aeroespacial Adrien Bouskela (izquierda) y el profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial Sergey Shkarayev sostienen un planeador experimental. Esperan enviar algún día una versión personalizada de un avión similar a Marte. Emily Dieckman/Facultad de Ingeniería.

Una idea para la misión es hacer que un globo o dirigible lleve los planeadores a la atmósfera y luego los suelte. Luego, como planeador, aprovecharía las corrientes térmicas ascendentes para el vuelo estático. Aún mejor sería el vuelo dinámico, que es una técnica de vuelo utilizada por planeadores controlados por radio y, a veces, incluso planeadores que transportan humanos, donde el vehículo puede ganar energía al cruzar repetidamente el límite entre masas de aire de diferentes velocidades. Además, en Marte, la velocidad del viento a menudo aumenta con la altitud, lo que ayudaría a transportar el planeador largas distancias.

En su artículo, el equipo dijo que utilizó ecuaciones de movimiento para los planeadores combinadas con perfiles de viento de un programa de computadora que simula las circulaciones de la atmósfera marciana a escala regional y local, llamado Mars Regional Atmospheric Modeling System (MRAMS). Realizaron estudios para dos sitios representativos: el cráter Jezero, el lugar de aterrizaje de Perseverance y una sección del cañón Valles Marineris.

“Los resultados numéricos de ciclos completos de vuelo dinámico demostraron que la energía total del planeador al final de un ciclo de vuelo aumenta entre un 6,8 y un 11 %”, escribió el equipo. Estiman que los planeadores pueden recolectar energía de la atmósfera continuamente, volando durante horas o incluso días a la vez.

«Es casi algo que tienes que ver para creer», dijo el coautor del artículo Jekan Thanga, profesor asociado de ingeniería aeroespacial y mecánica de UArizona.

El helicóptero Ingenuity aterrizó con el rover Perseverance en febrero de 2021 y pesa solo 4 libras (1,8 kg). Con tecnología de vuelo en miniatura y un sistema de rotor de aproximadamente 4 pies, es el primer dispositivo que prueba el vuelo controlado y propulsado en otro planeta. Al momento de escribir este artículo, ha realizado 29 vuelos exitosos, a pesar de que originalmente se planeó realizar solo un puñado de vuelos. Sin embargo, el vehículo que funciona con energía solar puede volar solo durante tres minutos a la vez y alcanza alturas de solo 12 metros, o alrededor de 39 pies.

Los planeadores de Marte contendrán una serie de sensores de navegación diseñados a medida, así como una cámara y sensores de temperatura y gas para recopilar información sobre la atmósfera y el paisaje marcianos. Emily Dieckman/Facultad de Ingeniería

«Todas estas otras tecnologías han estado muy limitadas por la energía», dijo el primer autor del artículo, Adrien Bouskela, estudiante de doctorado en ingeniería aeroespacial en el Laboratorio de Micro Vehículos Aéreos del profesor Sergey Shkarayev de la UArizona. “Lo que estamos proponiendo es solo usar la energía in situ. Es una especie de salto adelante en esos métodos de extender misiones. Porque la pregunta principal es: ¿Cómo se puede volar gratis? ¿Cómo se puede usar el viento que hay allí, la dinámica térmica que hay allí, para evitar el uso de paneles solares y depender de baterías que necesitan recargarse?

La Universidad de Arizona dijo que el equipo finalmente espera que la NASA financie la misión y le permita «tomar un paseo» en una misión a Marte a gran escala que ya está en desarrollo. La naturaleza de bajo costo del esfuerzo del planeador significa que podría dar frutos relativamente rápido, dijo Kling, tal vez en años en lugar de las décadas necesarias para una misión a gran escala.

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