Миссия SkyFall: как мини-вертолеты NASA будут исследовать подповерхностный лед на Марсе

Визуализируйте: стая крошечных роботизированных вертолетов спускается через красновато-коричневое небо, грациозно приземляясь на поверхность Марса. На них надеты... крошечные плащи. Миссия NASA SkyFall отправит три мини-вертолета на Марс, оснащенные технологией радиолокации, позволяющей заглядывать под поверхность планеты. Эти необычно выглядящие куски ткани, напоминающие плащи, на самом деле являются гибкими антеннами, которые позволят аппаратам исследовать наличие водяного льда под поверхностью Красной планеты.

Технология, стоящая за SkyFall

По словам Адриана Тана, ведущего ученого по радиолокации SkyFall из Лаборатории реактивного движения NASA (JPL), единственный способ обнаружить мелкие подповерхностные ледяные отложения удаленно — это летать близко к земле. "Летая низко и медленно, вертолет SkyFall сможет захватывать радиолокационные изображения, которые разрешают тонкие слои, где сухая почва переходит в лед, обнаруживая его присутствие и картируя его распространение." На протяжении десятилетий орбитальные космические аппараты изучали Марс, создавая его изображения и составляя карты с помощью радиолокации. Однако с орбиты их радары не могут видеть первые несколько футов материала, находящегося под поверхностью планеты — именно в этой зоне ученые ожидают найти мелкие ледяные отложения, смешанные с камнями и пылью. Эти исследования могут оказаться важными для будущих астронавтов, которым необходимо лучше понимать грунт под ногами для обеспечения безопасности, а также для путешественников, ищущих доступный лед для получения питьевой воды, кислорода и топлива.

Преемственность с Ingenuity

SkyFall продолжит дело Ingenuity, первого вертолета на другой планете, который добрался до Марса на борту ровера Perseverance. Новые вертолеты во многом основаны на Ingenuity, который весил всего 1,8 килограмма на Земле. Однако SkyFall будет более мощным, поскольку основная задача Ingenuity заключалась в демонстрации возможности исследования тонкой атмосферы Марса.

Уникальные антенны для исследования подповерхности

Крошечные плащи радиолокации SkyFall, использующие тип гибкой антенны под названием Vivaldi, были разработаны для исследования до 5 метров под поверхностью Марса. Антенна способна достигать глубин от нескольких ярдов до верхних слоев поверхностного материала. Уникальный дизайн антенны обеспечивает возможность проведения подповерхностных наблюдений без повреждения оборудования во время посадки. Антенна очень легкая, и команда миниатюризировала ее, чтобы она соответствовала размеру и форме крошечных вертолетов, которые находятся всего в 15 сантиметрах над землей в состоянии покоя.

Прочность и надежность антенн

"Хотя нам удалось значительно уменьшить размер антенны, она примерно в 1,5 раза длиннее ног вертолета," — добавила Кристин Гебара, механический руководитель по радиолокации SkyFall в JPL. "Это означает, что во время посадки Vivaldi должна сгибаться, а если она приземляется на камень, она сгибается еще больше. Но когда вертолет снова взлетает, антенна должна вернуться на место для сбора данных. Поскольку SkyFall планирует совершить десятки полетов, нам нужна антенна, которая могла бы многократно выдерживать эти нагрузки, не теряя своей формы в полете." Чтобы сделать эти маленькие плащи способными выдерживать невероятные нагрузки на другой планете, инженеры покрыли антенну слоями полиэстера и Vectran — гибкого, но невероятно прочного материала, который ранее использовался для подушек безопасности, смягчающих посадку марсоходов Spirit и Opportunity в 2004 году. Форма антенны также усилена гибкими пружинами из стекловолокна и легкой конструкцией. В общей сложности каждая антенна весит всего 142 грамма.

Тестирование на прочность

Однако хитрый дизайн — это не все. Достижение Марса — это не простая задача, и NASA необходимо убедиться, что эти маленькие вертолеты и их оборудование готовы к испытаниям. В Экологической испытательной лаборатории JPL, которая воссоздает различные элементы окружающей среды за пределами Земли, команда SkyFall подвергла вертолеты и их маленькие радиолокационные антенны испытаниям. Они сгибали и изгибали антенну снова и снова, имитируя множество посадок на поверхность, подвергали аппараты экстремальным температурам и постоянно проверяли, чтобы в ходе этих испытаний вертолет мог по-прежнему передавать и принимать радиосигналы. В конце испытаний антенна выдержала 200 имитированных посадок на Марс и по-прежнему работала исправно — это более чем в два раза превышает количество посадок, ожидаемых от миссии. "Этот тест проверил все необходимые параметры и ответил на наши самые большие технические вопросы," — добавил Тан. "Хотя у нас еще есть работа, прежде чем антенна будет полностью готова к полету, это было важное достижение, и оборудование работало именно так, как ожидалось."

Планы на будущее

Три вертолета SkyFall подвергнут свои радиолокационные плащи окончательному испытанию, когда они отправятся на Марс. NASA планирует запустить эту миссию на Красную планету в 2028 году на борту Space Reactor-1 Freedom — первого межпланетного космического аппарата на ядерном делении.