Вертолеты NASA SkyFall на Марсе будут оснащены "плащами"-радарами для поиска льда

Представьте себе: рой крошечных роботов-вертолетов спускается сквозь красновато-коричневое небо, изящно приземляясь на поверхность Марса. Что на них надето? Миниатюрные "плащи".

Миссия NASA SkyFall отправит на Марс три миниатюрных винтокрылых аппарата, оснащенных георадаром, который по внешнему виду напоминает маленькие "плащи". Эти уникально разработанные тканевые элементы выглядят довольно странно или даже случайно на новых видеороликах Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, демонстрирующих тренировочные посадки дронов. Однако эти "плащи" на самом деле являются гибкими антеннами, которые позволят аппаратам заглядывать под поверхность Красной планеты в поисках водного льда.

"Единственный способ дистанционно обнаружить неглубокий подповерхностный лед — это лететь близко к земле", — заявил в четверг (6 августа) Эдриан Танг, ведущий ученый-инструменталист георадара SkyFall из JPL. "Летая низко и медленно, вертолет SkyFall мог бы получать радиолокационные изображения, которые разрешают тонкую слоистость, где сухая почва сменяется льдом, обнаруживая его присутствие и картируя его распространение".

Орбитальные аппараты десятилетиями изучали Марс, фотографируя планету и картографируя ее с помощью радара. Но с орбиты их радар не способен просматривать первые несколько футов материала прямо под поверхностью планеты — зону, где ученые ожидают найти неглубокие залежи льда, смешанные с камнями и пылью. Эта работа может быть важной для будущих астронавтов, которым необходимо лучше понимать грунт под ногами из соображений безопасности, а также для будущих исследователей, ищущих доступный лед для производства питьевой воды, кислорода и топлива.

Миссия SkyFall пойдет по стопам Ingenuity — первого винтокрылого аппарата на другом мире, который прибыл на Марс на борту марсохода NASA Perseverance. Новые вертолеты во многом основаны на Ingenuity, который весил всего 4 фунта (1,8 килограмма) на Земле. Однако SkyFall будет более функциональным, чем Ingenuity, чья основная задача заключалась в демонстрации того, что вертолеты могут исследовать разреженную атмосферу Марса.

Миниатюрный георадар SkyFall, напоминающий "плащ", который использует тип гибкой антенны под названием Vivaldi, изобретенной еще в 1978 году, предназначен для исследования до 16 футов (5 метров) под поверхностью Марса. Радар сможет проникать на глубину от нескольких ярдов под поверхностью планеты до самых верхних слоев поверхностного материала.

Уникальный дизайн антенны гарантирует, что дроны SkyFall смогут проводить эти подповерхностные наблюдения, не повреждая оборудование во время посадки. Антенна чрезвычайно легкая, и команда миниатюризировала ее, чтобы она соответствовала размеру и форме крошечных вертолетов, которые в состоянии покоя находятся всего в 6 дюймах (15 сантиметрах) над землей. Сложность заключалась в том, что разработчикам пришлось миниатюризировать радарные антенны, сохраняя при этом их функциональность. Но они справились, и эти крошечные радарные "плащи" смогут изгибаться и отходить в сторону, когда винтокрылые аппараты будут выполнять свою работу, летая над Красной планетой и приземляясь на нее.

"Хотя нам удалось значительно уменьшить антенну, она примерно в 1,5 раза длиннее опор вертолета", — добавила Кристин Гебара, ведущий инженер по механике георадара SkyFall в JPL.

"Это означает, что при посадке антенна Vivaldi должна изгибаться в сторону — а если она приземляется на камень, то изгибается еще сильнее", — добавила она. "Но когда вертолет снова взлетает, антенна должна вернуться на место для сбора данных. Поскольку ожидается, что SkyFall совершит десятки полетов по исследованию Марса, нам нужна была антенна, которая могла бы многократно выдерживать эти нагрузки, не теряя своей формы в полете".

Чтобы эти маленькие "плащи" могли выдерживать невероятные нагрузки на другом мире, инженеры, стоящие за вертолетами, покрыли антенну слоями полиэстера и Vectran — гибкого (но невероятно прочного) материала, который ранее использовался для подушек безопасности, амортизировавших марсоходы NASA Spirit и Opportunity во время их посадок в 2004 году. Форма антенны также усилена гибкими пружинами из стекловолоконной ленты и легкой конструкцией. В общей сложности каждая антенна весит ничтожные 5 унций (142 грамма).

Но продуманного дизайна недостаточно. Полет на Марс — непростая задача, и NASA должно быть уверено, что эти маленькие вертолеты и их оборудование справятся с ней. Поэтому в Лаборатории экологических испытаний JPL, которая воссоздает различные элементы внеземных сред, команда SkyFall подвергла винтокрылый аппарат и его маленькую радарную антенну испытаниям. Они многократно сгибали и разгибали антенну, имитируя многочисленные посадки на поверхность, подвергали аппарат экстремальным температурам и постоянно проверяли, что на протяжении всего этого тестирования вертолет по-прежнему может передавать и принимать радарные сигналы. По окончании этих испытаний антенна выдержала 200 имитаций марсианских посадок и по-прежнему отлично работала. Это более чем в два раза превышает количество посадок, ожидаемых от миссии.

"Этот тест проверил все, что должен был, и ответил на наши самые большие технические вопросы", — добавил Танг. "Хотя нам еще предстоит поработать, прежде чем антенна будет полностью квалифицирована для полета, это был важный этап, и оборудование сработало именно так, как ожидалось".

Трио вертолетов SkyFall пройдет окончательное испытание своими радарными "плащами", когда они полетят на Марс. NASA планирует запустить эту миссию на Красную планету в 2028 году на борту Space Reactor-1 Freedom NASA — первого межпланетного космического аппарата, работающего на ядерном делении.