"Ingenuity" NASA

[Ηeзвaныŭ гοcть]

ВЕРТОЛЕТЫ НА МАРСЕ НЕ ЛЕТАЮТ - ТАМ АТМОСФЕРЫ НЕТ.

Спасибо за то, что подвели к идее этой темы, космоплаватель!

[Ηeзвaныŭ гοcть]

18 февраля 2021 года в 23:55 по московскому времени (20:55 UTC) поверхности Марса коснулся очередной, пятый по счёту американский марсоход Perseverance. К этому времени из его предшественников три уже прекратили работу (Sojourner, 04.07–27.09.1997; Spirit, 10.06.2003–22.03.2010; Opportunity, 07.07.2003–10.06.2018), и лишь Curiosity, доставленный 06.06.2012, продолжал работу.

Исторически первый в мире марсоход был создан в СССР на 20-м году космической эры. Межпланетный корабль (правильнее АМС, автоматическая межпланетная станция) Марс-3, на борту которого он находился, успешно сел на поверхность красной планеты 2 декабря 1971 года, то есть более, чем за четверть века до первого американского марсохода. Однако через 104,5 сек после успешной посадки связь с посадочным модулем, а значит и с доставленным им марсоходом, прервалась, и движущийся прибор не смог проехать по Марсу ни сантиметра.

Технически прорывным достижением в составе полезного груза Atlas V, стартовавшей 30 июля 2020 года (по этой дате названа вся миссия, «Марс 2020»), стал первый в мире инопланетный вертолёт Ingenuity. На время перелёта и посадки он был приторочен к брюху марсохода Perseverance и заботливо прикрыт эдаким футляром наподобие виолончельного:

В настоящий момент специалисты НАСА продолжают подготовку к первому ходовому испытанию марсианского геликоптера, запланированному на апрель.

[Ηeзвaныŭ гοcть]

Вплоть до наших дней словари пока ещё определяют аэронавтику (воздухоплавание) и авиацию, как перемещение в атмосфере Земли. Если испытание Ingenuity пройдёт успешно, все эти определения должны быть переписаны с заменой на универсальные формулировки, применимые к любому небесному телу, окружённому атмосферой. Начнём с понятий атмосферы и небесного тела. Атмосфера. Этимологически (ἀτμός, пар + σφαῖρα, сфера) термин применим к газовой оболочке любого небесного тела, удерживаемой около него гравитацией и вращающейся вместе с ним как единое целое. Атмосфера есть у всех массивных тел, от газовых гигантов до большинства планет земного типа (в Солнечной системе — кроме Меркурия). Резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством не существует, и под атмосферой часто понимают её пограничные слои — нижний слой,  вращающийся вместе с подстилающей твёрдой и/или жидкой поверхностью планеты как единое целое. Толщина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой. Небесное тело — нерукотворное (природное) физическое тело, расположенное в наблюдаемой астрономами Вселенной и представляющее собой единую массу вещества. Гравитация является связующей силой как для отдельных небесных тел, так и для связанных ею структур — астрономических объектов вплоть до звёздных скоплений, туманностей и галактик. Связанное гравитацией вещество планет (а также звёзд) представляет собой близкий к шару объект, плотность которого возрастает по мере приближения к ядру. По ходу их жизни происходит гравитационная дифференциация: более тяжёлые химические элементы и соединения постепенно опускаются вниз, к центру тела, а более лёгкие поднимаются вверх, к его поверхности. В результате в структуре планет типа Земли и Марса, соответственно трём классическим агрегатным состояниям вещества выделяются (1) некая «твердь», окружённая (3) газообразной оболочкой атмосферы, на стыке между которыми могут появляться области сосредоточения (2) «влаги», вещества в жидком состоянии. При астрономическом наблюдении извне планета наблюдается как шарообразный объект. В зависимости от сочетания отражающей способности и концентрации вещества, составляющего атмосферу, сковозь газовую оболочку можно видеть относительно неподвижную «твердь» — верхние слои твёрдого вещества, а также влаги — если природно-климатические условия допускают её долговременное устойчивое сосредочение на отдельных участках поверхности планеты.

Чёткой верхней границы атмосфера не имеет: универсальный критерий для всех видов планет и газовых оболочек пока не сформулирован. Заметим, что и для агрегатных состояний вещества определения не являются строгими. И если учёные вместо «агрегатных состояний» предпочитают говорить о термодинамической фазе, то в популярном изложении, адаптированном для дилетантов, мы подойдём к делу грубо прагматически. Ради упрощения изложения мы не будем морочить голову даже с определениями пограничных слоёв атмосферы, тропосферы и стратосферы — хоть все и «проходили» это в школе. Вместо этого — исключительно для задач нашего очерка — мы определим «атмосферу» планеты как ту нижнюю часть её газовой оболочки, которая доступна для исследования летательными аппаратами, перемещающимися средствами воздухоплавания и авиации.

[Ηeзвaныŭ гοcть]

Среди важнейших предпосылок конструирования летательных аппаратов (ЛА) для внеземных небесных тел является соотношение между силой тяжести (ускорением свободного падения) и противопоставляемым ей выталкивающей / подъёмной силам, которые в свою очередь зависят от характеристик конкретной атмосферы.

Ingenuity — первый в истории внеземной летательный аппарат (ЛА) — был сконструирован, как миниатюрный вертолёт соосной схемы: пара несущих винтов, расположенных один над другим, вращается в противоположных направлениях вокруг общей геометрической оси.

Колонка соосных винтов — советское изобретение. Эту схему ещё с 1960-х годов использовали в советских вертолётах КБ Камова.

Советский вертолет Ка-25. Запущен в производство в 1965, принят на вооружение 2 декабря 1971 г.

«Колонка» – фирменное название модульного агрегата, смонтированного на выходных валах редуктора соосного вертолёта. Она включает в себя втулки винтов, автоматы перекоса и другие механизмы управления углами установки лопастей соосных винтов встречного вращения. Механизмы колонки соединены с общей системой управления вертолетом, которая включает в себя рычаги управления в кабине пилотов. Создание колонки стало одной из главных задач ОКБ Камова при отсутствии положительного опыта в этой области в мировом вертолётостроении. На вертолёте Ка-8 Н.И.Камов реализовал одно из своих первых изобретений – ротор геликоптера. Формула изобретения гласила:      «Ротор геликоптера, заключающий в себе два соосных винта и два автомата перекоса, служащих для циклического изменения шага лопастей, отличающийся тем, что с целью изменения общего шага лопастей любого винта и обоих винтов одновременно, автоматы перекоса выполнены неподвижными в осевом направлении, а втулки винтов выполнены переставными в осевом направлении с помощью тяг, концентрически расположенных внутри полых валов» (Источник).

В этой схеме хорошо используется ометаемая площадь; нижний винт подсасывает добавочный воздух сбоку, что при относительно небольшом диаметре лопастей позволяет получить высокую силу тяги. Малые габариты, уменьшая разнос масс, создают малые моменты инерции. Это повышает манёвренность, упрощает пилотаж в условиях порывистого ветра и на малых высотах.

Все перечисленные факторы имеют место и на Марсе. По данным наблюдений с американской АМС «Маринер-9», 2 декабря 1971 года во время посадки «Марс-3», пришедшейся на неожиданно разыгравшуюся всепланетную пыльную бурю, скорость ветра вблизи поверхности планеты составляла более 140 метров в секунду, что в конечном счёте привело гибели к аппарата вместе с так и не запущенным марсоходом.


Масса Ingenuity равна 1,8 кг, из которых 273 г приходится на батареи, обеспечивающие мощность в 350 Вт. И хотя сила тяжести на Марсе составляет всего 38% от земной, удержание Ingenuity на незначительной высоте от поверхности равносильно тому, как вывести земной вертолёт в стратосферу на высоту 34 км. Для сравнения: рекорд вертолёта Aérospatiale SA.315B Lama, разработанного для эксплуатации в Индии, втрое ниже и составляет 12,4 км.

Интересно, что лопасти винта Ingenuity вращаются со скоростью всего лишь 2400 об./мин. — втрое медленнее, чем обычный жёсткий диск настольного компьютера.

[Ηeзвaныŭ гοcть]

Вдруг откуда-то летит                      Маленький комарик,                      И в руке его горит                      Маленький фонарик.                               (Корней Чуковский. Муха-цокотуха)

Испытания вертолёта поставлены в самое начало графика всей миссии Perseverance. Для них в рабочем графике выделено 30-дневное «окно». Похоже, в апреле не следует ждать ни новых фотографий с маршрута, ни отчётов о содержимом «дырок», пробуренных на пути Perseverance по Марсу.

С одной стороны, можно радоваться приоритетной значимости Ingenuity в масштабах всего проекта.

С другой — огорчаться, что по завершении испытаний вертолёт на долгое время «задвинут на полку»; в буквальном смысле «засунут в ящик», притороченный к днищу марсохода. И запустят вновь только, если вся научная группа Perseverance хором заявит, что без вертолёта нельзя, а может и запоёт «только вертолётом можно долететь… и посмотреть».

[Ηeзвaныŭ гοcть]

Первые луноходы пришли в советские квартиры и дворы (а кое-какие народ и на грядках пробовал) вскоре после того, как за 300 тыс. км над их головами зафурычил небесный прообраз этой новой игрушки. На полках «Берёзки» кастрюльки на колёсиках потеснили средневековых матрёшек: интурист расхватывал советское чудо и увозил себе за горы, за моря, а то и за океаны. Видать, не зря везли: гляньте на колёсики американских марсоходов, а ведь полвека минуло, как-никак! Сотни, а может и тысячи русских левшей, с пользой начитавшихся массовых журналов любителей радио и техники, сделали свои луноходы радиоуправляемыми, а на пляжах Финского залива и соревнования устраивали. Такой образец я видел в кружке «Умелые руки» пионерлагеря «Пламя» на Карельском перешейке… Примечательно, что ящик НИИРЭ, от которого был тот лагерь, потом вошёл как головной в «НПО Марс»! Потом его переименовали в «НПО Ленинец».

Между двумя типами водителей — теми, кто гонял кастрюльки на колёсиках по песку, и теми, кто управлял советскими луноходами на Луне — была существенная разница. Первые управляли движением в реальном масштабе времени, и в этом ничем не отличались от других водителей земных транспортных средств. Их процесс управления был непрерывным: увидел препятствие - снизил скорость, повернул или вовсе встал. С луноходом сложнее: даже идеальное время прохода сигнала на Луну и обратно составляет 2,54 секунды. Но это идеально прямой путь — а на практике сигналы ретранслируются наземными и космическими станциями. Огромные задержки добавляет аппаратура и внутренние линии связи. У меня телевизор на кухне отстаёт от телевизора в спальне секунды на две, а у других (см. https://otvet.mail.ru/question/37782793) - до 10 секунд.

По этой причине движение таких аппаратов, дистанционно управляемых с Земли, уже с первых луноходов является "порционным", короткими перебежками.

Для Марса же чистое время пробега сигнала в одну сторону, для расстояния между планетами в апреле 2021 года превышает 14 минут, а к концу сентября возрастёт до 22 минут.

По этой причине слово "водитель" к "рулителям" марсоходов подходит не больше, чем "токарь" к персоналу станков с ЧПУ. И те и другие — программисты, которые рассчитывают будущие, автономные перемещения объектов. Предел длины таких автономных перебежек напрямую зависит от качества визуальной информации о состоянии близлежащего грунта.

До настоящего времени "заглянуть" за круг, видимый через камеры марсохода, можно было только с орбит "Маринеров". Для глобального планирования трасс марсоходов это было достаточно. Однако истрёпанные в хлам колёса Curiosity свидетельствуют, что не каждый камушек на пути удаётся идентифицировать по составу и опасности, которую он собой представляет. Вертолёт Ingenuity позволит снизить такие риски, одновременно повысив общую «подвижность» марсохода и интенсивность его исследований.

[TheWho]

у вертолета на Марсе   две левые  стойки повреждены и повреждена электроника



Срезаны автогеном. Все видят черные следы  от пламени и кусочки расплавленного запёкшегося металла?

[TheWho]

да, на вашем фото все нормально Слава Богу , что я ошибся. Еще есть надежда.

[TheWho]

Незваный Гость и TheWho, у меня к вам такое предложение: я открываю в Космонавтике ему  "Ingenuity" NASA, а вы оба переносите свои посты туда. В качестве стартового поста, я оговариваю правила дискуссий: общение конструктивное и вежливое. Злостных флудерастов буду удалять. Как идея? 

да, Я не против.  Можете перенести мои посты по теме туда.

[alexand]

Я предлагаю создать летательный апарат для перемещений по Луне
и.другим малым планетам без атмосферы, с реактивной тягой.

Нужно создать благотворительный фонд (charity fund),
набрать лимон баков, сделать заказ в хорошей американской фирме.

Потом продадим аппарат в НАСА, для использования.

[Альфа]

Я предлагаю создать летательный апарат для перемещений по Луне
и.другим малым планетам без атмосферы, с.

Нужно сождать благотворительный фонд (charity fund), набрать лимон баков,
сделать заказ в хорошей американской фирме.

Потом продадим аппарат в НАСА, для использования.

Какую фирму предлагаете?

[alexand]

Какую фирму предлагаете?

Надо подумать, там много фирм - Нортроп Грумман, Локхид и др.

[Альфа]

Надо подумать, там много фирм - Нортроп Грумман, Локхид и др.

думайте 

[Альфа]

Первый полёт NASA назначило на 11 апреля, но вопросов об операции накопилось предостаточно.

Выглядит первый полёт Ingenuity совсем нехитрым делом. Вертолёт должен оторваться от поверхности, взлететь на три метра и продержаться так 30 секунд, после чего сесть обратно на грунт. Но то, что очень просто сделать на Земле, на Марсе оборачивается чередой сложностей.

Сложность номер один: никакой интерактивности

Ровером Perseverance управляют специалисты NASA с Земли, получая от него поток телеметрии и посылая взамен команды управления. Для этого марсоходу хватает бортового компьютера с одноядерным PowerPC-процессором с частотой 200 МГц, 256 МБ оперативной памяти и флеш-накопителем объёмом 2 ГБ.

Perseverance передаёт данные спутнику MRO на орбите Марса со скоростью до 2 МБит/сек. Спутник же держит связь с Землёй через систему Deep Space Network (сеть дальней космической связи). Это большие радиоантенны в США, Испании и Австралии. При надобности марсоход может и сам напрямую связаться с Землёй через Deep Space Network со скоростью до 3000 бит/сек.

Сейчас между Землёй и Марсом более 270 миллионов километров. На то, чтобы пройти от Земли до Марса и обратно, радиосигнал тратит не меньше получаса. При таком «пинге» управлять марсоходом очень трудно, а вертолётом и вовсе невозможно. Максимальное время полёта Ingenuity — всего полторы минуты. Батарея вертолёта сядет в 20 раз быстрее, чем он дождётся следующей команды с Земли.

Поэтому марсианский вертолёт должен будет летать сам, анализируя видеопоток с маленькой камеры и корректируя полёт в реальном времени. Задача весьма ресурсоёмкая, так что на Ingenuity поставили компьютер помощнее: 4-ядерный процессор с частотой 2,26 ГГц, 2 ГБ оперативной памяти и флеш-накопитель на 32 ГБ.

Для специалистов NASA полёты Ingenuity будут проходить практически вслепую. У них не будет возможности знать, всё ли в порядке — вертолёт не может передавать телеметрию в полёте. Так что специалистам останется лишь ждать, как отработают заранее написанные программы, не имея никакой возможности что-то поправить «на ходу».

Сложность номер два: морозные ночи

4 апреля марсоход опустил Ingenuity на грунт и отъехал в сторону, чтобы не мешать будущим взлётам и посадкам. Вертолёт остался один на один с марсианскими ночами, во время которых температура падает до −90 °C.

Электрическая «начинка» вертолёта такого холода не выдержит — она потрескается и выйдет из строя. Поэтому батарея Ingenuity с помощью плёночных нагревателей должна не дать температуре внутри корпуса упасть ниже −15 °C.

За электропитание Ingenuity отвечают шесть литий-ионных аккумуляторов производства Sony. Их общая ёмкость достигает 40 Вт⋅ч, и заряжаться они должны от солнечной батареи вертолёта. Перед тем, как опустить вертолёт на грунт, марсоход подзарядил его аккумуляторы от своей батареи.

[Альфа]

Сложность номер три: очень слабая атмосфера и гравитация

Этот пункт и сподвиг NASA затеять миссию с вертолётом. Дело в том, что у поверхности Марса плотность атмосферы примерно равна плотности земной атмосферы на высоте 30 километров. А ведь именно от этого показателя зависит величина подъёмной силы, которую могут создать винты вертолёта.

Рекорд высоты полёта для вертолётов на сегодняшний день составляет 12,4 километра и принадлежит французскому Aérospatiale SA 315B Lama. Но обычно даже горные вертолёты не взлетают выше шести километров.

Чтобы в таких условиях оторваться от поверхности, марсианскому вертолёту придётся «молотить винтами» в пять раз интенсивнее, чем это делают его земные собратья. Ротор Ingenuity будет вращаться со скоростью до 2537 об/мин против 500 об/мин у обычных вертолётов.

Вертеть с такой скоростью лопастями диаметром 1,2 метра — дело нетривиальное. Требуется крайне точная балансировка и подгонка деталей. На испытаниях в земных лабораториях первые прототипы то и дело выходили из-под контроля.

Чтобы решить эту проблему, инженерам пришлось изготовить более лёгкие и одновременно более жёсткие винты, а также пойти ещё на ряд ухищрений. Их усилия увенчались успехом — прототипы стали нормально взлетать.

Но как поведёт себя вертолёт в реальности, точно сказать не может никто. Да, инженеры NASA имитировали в испытательных камерах марсианские условия: откачивали большую часть воздуха, меняли его газовый состав. Вот только есть фактор, который так просто не смоделировать — гравитация.

Из-за меньшей силы тяжести Ingenuity на Марсе весит всего 680 граммов вместо земных 1,8 килограмма. С одной стороны, это поможет взлёту, а с другой — вполне может оказать непредвиденный эффект и нарушить всю программу полёта. Изменить которую уже не получится.

Отдавая дань значимости миссии, инженеры NASA закрепили под солнечной панелью вертолёта кусочек ткани с крыла Flyer I — планера братьев Райт.

https://www.youtube.com/watch?v=tgER4XshHUo

Пробный полёт дрона "Изобретательность" в земной атмосфере

[TheWho]

Любой американский космический фейк латыниными  и иже с ней ( подпевалами мишкой-тришкой, имея в виду соседнюю "лунку") проходит на "ура" - больше наглости, больше вранья

https://youtu.be/FYSy1UpQdVg

[TheWho]

Спасибо за ответ!
Линк в первом сообщении возьмите себе: там на каждый рабочий день свои подборки фото выкладываются.

-Премного благодарен Вам.
Но с Вашей подачи нашел вот это.



Не успел сесть вертолет, прошла неделя и вот-растение уже его обволокло.

Нога в водоросли..

[alexand]

Тяжело.гвинтокрылу.на.Марсе,.а.на.Луне---ваще.тяжко.

[Ηeзвaныŭ гοcть]

-Премного благодарен Вам.

Да не за что!

На клипе "Mars Helicopter (before it went to Mars)" , который выложили на youtube ещё 10 августа 2019 года, можно видеть "сараюшку" в Пасадене, где работает вся команда "вертолётчиков". На первых кадрах справа - двухметровый сплошной забор, ограждающий всю территорию JPL, по которой разбросаны стандартные "бараки учёных".


https://www.youtube.com/watch?v=GhsZUZmJvaM

[Альфа]

Да не за что!

Я перед всеми извиняюсь, что так и не снял замок со своей темы - http://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=613840.0 ("Ingenuity: марсианская авиация началась с вертолёта "). Начал, а потом обстоятельства изменились... руки уже не доходят.

Альфа - я сейчас снимаю замочек со своей темы и предлагаю эту новую влить туда, чтобы не "множить сущности".

Тогда просьба такая: не вешать замОк. Темы объединила под своим названием, чтобы TheWho и другие не запутались, где искать ответы.