NASA sa pripravuje na prvý let helikoptéry na inej planéte

Matúš Beňo

Vrtuľník Ingenuity bol špeciálne navrhnutý na špecifické podmienky Marsu.

Vizualizácia letu helikoptéry Ingenuity na Marse.

Vizualizácia letu helikoptéry Ingenuity na Marse. Zdroj: NASA/JPL-Caltech

Pred viac ako sto rokmi sa vďaka bratom Wrightovcom ľudia po prvýkrát riadeným letom odpútali od zeme. Teraz sa americký Národný úrad pre letectvo a vesmír (NASA) chystá dosiahnuť rovnaký úspech, ale na inej planéte.

Rover Perseverance, ktorý na Marse pristál vo februári, so sebou priniesol aj malú helikoptéru. Tá má poslúžiť ako demonštrácia technológie. Má totiž ukázať, či sa počas budúcich misií na iných svetoch pri prieskume dajú využívať lietajúce stroje. Let pre špecifické podmienky, ktoré panujú na červenej planéte, nebude jednoduchý. Helikoptéra je však špeciálne upravená, aby zvládla extrémne riedku atmosféru Marsu.

Podľa pôvodného plánu mala helikoptéra vzlietnuť už uplynulý víkend, no pri teste rotorov ešte pred štartom došlo k nečakanej chybe. Presný dátum ďalšieho pokusu o štart je zatiaľ pohyblivý, NASA s jeho oznámením ráta v priebehu budúceho týždňa.

Špecifické podmienky

Jedna vec je lietať s helikoptérou na Zemi, celkom druhá dokázať to isté na Marse. Základným problémom je atmosféra červenej planéty. Až z 95 percent ju tvorí oxid uhličitý, v menšej miere dusík a argón. Na povrchu je taktiež veľmi nízky tlak, atmosféra je až stokrát redšia ako pozemská.

„Hustota atmosféry na povrchu Marsu zodpovedá hustote zemskej atmosféry v nadmorskej výške asi tridsať kilometrov,” ozrejmuje pre web Veda na dosah vesmírny konštruktér Ján Baláž z Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach. Na porovnanie možno uviesť, že na Zemi helikoptéry bežne lietajú vo výške zhruba tri kilometre. Do výšky tridsať kilometrov sa žiadna nedostala, doterajší rekord je vyše dvanásť kilometrov.

A hoci bude mať helikoptéra s názvom Ingenuity (Vynaliezavosť, pozn. red.) vďaka nízkej gravitácii Marsu hmotnosť len takmer sedemsto gramov, aj tak sa musí spoľahnúť na dvojicu protichodných vrtúľ z uhlíkového kompozitu. Aby dosiahla potrebný vztlak v špecifickej marťanskej atmosfére, vrtule sú relatívne väčšie – majú až 1,2 metra, a ich otáčky sú vyššie, než by bolo potrebné na Zemi. Rotory Ingenuity sa otočia až 2400-krát za minútu, čo je zhruba päť- až šesťkrát viac v porovnaní s bežnými malými helikoptérami.

„Jednoduchá vrtuľa vyvoláva okrem vztlaku aj značný rotačný moment, ktorý je v prípade bežných vrtuľníkov kompenzovaný zadnou, chvostovou vrtuľou. Koaxiálne protichodné vrtule si tento rotačný moment navzájom kompenzujú, takže chvost s kompenzačnou vrtuľou nie je potrebný,” vysvetľuje princíp otáčania vrtúľ konštruktér.

Helikoptéra Ingenuity na povrchu Marsu.

Helikoptéra Ingenuity na povrchu Marsu. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/ASU

Ťažká komunikácia

Minulý piatok, ešte pred plánovaným vzlietnutím z povrchu, inžinieri otestovali vysokorýchlostné otáčanie rotorov. Pri prechode z predletového do letového režimu však nastal problém a test predčasne skončil. Helikoptéra je však v poriadku. Po analýze problému sa inžinieri rozhodli, že najlepšou cestou bude malá úprava a reinštalácia letového softvéru. Jeho kontrola a vyslanie k helikoptére však nejaký čas potrvá, preto zopakovanie vysokorýchlostného testu rotorov a následného vzletu oznámi NASA budúci týždeň.

„Komunikácia medzi Zemou a Ingenuity je zložitá. Helikoptéra komunikuje iba s roverom Perseverance. Ten komunikuje s viacerými satelitmi NASA a ESA na orbitách nad Marsom a prenos dát medzi satelitmi a Zemou zabezpečuje sieť pozemných sledovacích staníc Deep Space Network,” vysvetľuje Baláž.

Aj toto je dôvod, prečo inžinieri nemôžu Ingenuity ovládať priamo. Vzdialenosť medzi Marsom a Zemou je obrovská, z čoho vyplýva aj časové oneskorenie približne pätnásť minút jedným smerom. Lety sú preto predprogramované. Všetko, o čo sa helikoptéra pokúsi, bude niekoľko krátkych testovacích letov, ktoré potrvajú do 90 sekúnd. Helikoptéra pri nich vyletí najviac do výšky päť metrov a vzdialenosti niekoľkých desiatok metrov.

Na ťažko prístupné miesta

V roku 1997 NASA po prvýkrát pristála s roverom Sojourner na červenej planéte. Ukázala tak, že používať vozidlá na prieskum iných svetov je nielen možné, ale aj efektívne. Inžinieri dúfajú, že sa im podarí rovnaký úspech aj s Ingenuity. S najväčšou pravdepodobnosťou sa však nebudú používať na dopravu astronautov, ale ako výpomoc pri prieskume.

„Satelity na orbite sú príliš vysoko, aby boli schopné rozlíšiť menšie detaily na povrchu, ich pohľad z veľkej výšky je navyše plochý, s absenciou tretieho rozmeru. Vrtuľník v malej výške je schopný mapovať povrch planéty s podstatne vyšším rozlíšením a plastickým trojrozmerným zobrazením terénu. Budúce vrtuľníky s väčším doletom a komplexnejšou prístrojovou výbavou môžu popri satelitoch a roveroch významne rozšíriť prieskum Marsu o ďalší rozmer,” hovorí konštruktér.

Helikoptéry by sa mohli ľahšie dostať na miesta, ktoré sú pre rovery neprístupné, ako sú napríklad strmé útesy, krátery či jaskyne. Mohli by napríklad zistiť, čo sa ukrýva pod dierou v povrchu, ktorá sa nachádza na svahu vulkánu Pavonis Mons. Priestor pod dierou by mohol byť prinajmenšom dvadsať metrov hlboko. Miesta, ako sú tieto, bývajú chránené proti krutým podmienkam na povrchu a ich prieskum by mohol priniesť ďalšie poznatky o histórii planéty.

Diera na svahu sopky Pavonis Mons. Podobné ťažo prístupné miesta by mohli preskúmať helikoptéry.

Diera na svahu sopky Pavonis Mons. Podobné ťažko prístupné miesta by mohli preskúmať helikoptéry. Zdroj: NASA/JPL/University of Arizona

NASA chce pristáť aj na Titane

Mars pritom nie je jediným telesom slnečnej sústavy, na ktorom sa NASA chystá vzlietnuť. Na rok 2027 je plánovaný štart misie Dragonfly, ktorej cieľom je pristáť na mesiaci Saturna, Titane. Pripravovaný dron by na rozdiel od Ingenuity už mal niesť aj viaceré prístroje, takže misia prinesie aj vedecké poznatky. Tie sa budú týkať obývateľnosti prostredia, ale môžu zodpovedať aj naše otázky o procesoch, ktoré viedli k vzniku života na Zemi.

Dragonfly na rozdiel od Ingenuity bude mať lepšie podmienky. Atmosféra Titanu je až štyrikrát hustejšia ako pozemská a gravitácia predstavuje zhruba štrnásť percent pozemskej. Stroj bude mať až štyri vrtule a mohol by vyletieť až do výšky štyri kilometre.

Zdroje: NASA (1, 2)

Operačný program MSSR

Investícia do Vašej budúcnosti
Tento projekt je podporený z Európskeho fondu regionálneho rozvoja

Táto webová stránka vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Podpora národného systému pre popularizáciu výskumu a vývoja
(kód ITMS: 313011T136), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.