NASA'nın Jet İtki Laboratuvarı'ndaki mühendisler, Mars'taki Ingenuity helikopterinin öncü görevini tamamlamasından üç yıldan biraz fazla bir süre sonra, daha ağır yükleri daha uzun mesafelere taşıyabilecek yeni nesil Mars helikopterleri tasarlıyor. Bu yenilikçi teknoloji, gezegenin düşük yoğunluklu atmosferinde uçuşu mümkün kılacak.
Mars'a ayak basan ilk hava aracı olma unvanını taşıyan Ingenuity, beklentilerin çok üzerinde bir başarı göstererek 72 uçuş gerçekleştirdi. Orijinal olarak belirlenen 30 gün içinde sadece beş uçuş hedefini fazlasıyla aşan Ingenuity, Ocak 2024'teki kaza benzeri inişiyle görevini tamamladığında, bilim insanlarına keşfedilmemiş dünyaları keşfetmenin yeni bir yolunu sunmuştu. Ingenuity, hava araçlarının kara araçlarının ulaşamadığı noktalara daha uzun mesafeler kat ederek erişebileceğini kanıtladı.
NASA, en geç 2028'in sonlarında fırlatılması planlanan SkyFall görevi kapsamında Mars'a üç yeni helikopter göndermeyi hedefliyor. SkyFall helikopterleri, bu yılın başlarında NASA yöneticisi tarafından duyurulan teknoloji tanıtım girişimlerinden biri olan Space Reactor-1 (SR-1) adlı nükleer enerjili bir uzay aracıyla Kırmızı Gezegen'e ulaşacak.
Ingenuity'nin ana gövdesi bir mendil kutusu boyutlarından pek farklı değildi ve yaklaşık 1.8 kilogram ağırlığındaydı. Yaklaşık 1.2 metrelik karşıt dönen rotorları bulunuyordu. SkyFall helikopterleri ise daha büyük ve daha ağır olacak. Atmosfere ısı kalkanı içinde girecek bu helikopterler, Mars yüzeyine kendi başlarına inmelerini sağlayacak yenilikçi bir manevra kullanacak. Bu da helikopter tasarımında önemli güncellemeler gerektiriyor.
Bir Engeli Aşmak
Ingenuity'nin gelişiminde de işbirliği yapan JPL ve AeroVironment adlı özel şirket, SkyFall görevini gerçeğe dönüştürmek için önemli bir atılım gerçekleştirdi. Gerçekleştirilen testler, bir sonraki nesil helikopterleri Mars'ın Dünya deniz seviyesindeki havanın yalnızca yüzde 1'i yoğunluğundaki seyrek atmosferinde taşıyacak yeni ve daha büyük rotor kanatlarını içeriyordu.
Bu ince atmosfer nedeniyle, Mars'ta uçan helikopterlerin yerdeki helikopterlerden daha hızlı dönen rotorlara ihtiyaç duyması gerekiyor. Daha ağır araçlar, hafif olanlara göre daha fazla kaldırma kuvveti gerektiriyor. SkyFall helikopterlerinin rotorları da Ingenuity'ninkinden daha büyük olacak. Ingenuity'nin rotorları zaten Dünya'daki yolcu helikopterlerinden 10 kat daha hızlı, yani 2.700 devir/dakika ile dönüyordu. Ancak mühendisler, Mach 1'i (Mars'ta yaklaşık 870 km/s) aşmanın kanatların parçalanmasına neden olabileceği endişesiyle Ingenuity'nin karbon fiber rotorlarını ses hızını geçmeyecek şekilde tasarlamıştı.
JPL'deki rotor test lideri Jaakko Karras, NASA'nın bir basın bülteninde, "Eğer Chuck Yeager burada olsaydı, Mach 1 civarında işlerin çetrefilli olabileceğini söylerdi. Bu doğrultuda, Ingenuity'nin uçuşlarını rotor kanat uçlarının rüzgarsız ortamda Mach 0.7'de kalacak şekilde planladık, böylece uçuş sırasında bir Mars karşı rüzgarıyla karşılaşmamız durumunda rotor uçları ses üstü hıza çıkmayacaktı. Ancak biz yeni nesil Mars araçlarımızdan daha fazla performans istiyoruz. Rotorlarımızın güvenli bir şekilde daha hızlı dönebileceğini bilmemiz gerekiyordu" ifadelerini kullandı.
NASA'nın Perşembe günü duyurduğuna göre, JPL'deki son testler rotorları hasar vermeden ses hızının üzerine çıkardı. Test odasında Mars atmosferini simüle eden koşullarda rotor uçları Mach 1.08'lik bir hıza ulaştı. Mühendisler rotorlara ne olacağından emin olmadıkları için, NASA'ya göre süpersonik deney sırasında kanatların parçalanması durumunda odayı hasardan korumak amacıyla odanın bir kısmını sac levhayla kapladılar.
NASA, "Odaya birkaç metre mesafedeki kontrol odasından ekip, verileri gösteren ekranları ve oda içindeki görüntüyü izlerken, devir hızı 3.750'ye kadar çıktı. Bu hızda, uçların hızı Mach 0.98'di. Ardından mühendisler, oda içindeki bir fanı çalıştırarak rotorlara karşı rüzgar püskürttü. Her denemeden sonra, bir sonraki deneme için rüzgar hızını artırdılar" açıklamasında bulundu.
İlk test serisinde, SkyFall'dan sonraki görevlerde kullanılabilecek üç kanatlı bir rotor tasarımı kullanıldı. İkinci bir test kampanyasında ise SkyFall'da kullanılacak olan mevcut iki kanatlı tasarım test edildi. Bu kanatlar biraz daha uzun olduğu için, daha düşük devir sayısında aynı süpersonik hıza ulaştılar. Daha hızlı dönme, kaldırma kabiliyetinde yüzde 30'luk bir artış sağladı.
Ekip, rotor kanat uçlarının hızını Mach 1.08'e çıkararak Mars aracının kaldırma kapasitesini yüzde 30 artırdı. Bu gelişme, gelecekteki görevlerin gelişmiş sensörler ve daha uzun süreli uçuşlar için daha büyük bataryalar gibi daha ağır bilimsel yükleri taşımasına olanak tanıyacak.
NASA'nın Ames Araştırma Merkezi'nden aerodinamik uzmanı Shannah Withrow-Maser, "Mach 1.05'e ulaşmanın bile şans olacağını düşünüyorduk, ancak son denemelerimizde Mach 1.08'e ulaştık. Hala verileri inceliyoruz ve masada daha fazla itici güç olabilir. Bu yeni nesil helikopterler inanılmaz olacak" dedi.
Mühendisler Mars'a daha fazla helikopter göndermeye hazırlanırken, NASA Satürn'ün uydusu Titan'a gönderilecek daha büyük bir rotorlu araç olan Dragonfly üzerinde de çalışıyor. Dragonfly yaklaşık bir ton ağırlığında olacak, ancak daha uzak bir gezegen olan Titan'da uçmak, daha kalın bir atmosfere sahip olması nedeniyle Mars'a göre daha az zorluk teşkil ediyor.
Ingenuity helikopterindeki tek yükler iki kameraydı: navigasyon için siyah-beyaz bir görüntüleyici ve daha yüksek çözünürlüklü bir renkli kamera. 2022'deki en uzun uçuşu yarım milden az bir mesafeyi kapsadı ve 161 saniye sürdü. Araç, güneş panelleriyle bataryalarını şarj etmek için iniş yapması gerekiyordu ve Dünya'daki yer ekipleriyle iletişim kurmak için yakındaki Perseverance gezginiyi bir baz istasyonu olarak kullandı.
SkyFall görevi yakınında bir gezgin bulunmayacak. Helikopterlerin yörünge röle uyduları veya doğrudan Dünya'ya bağlantı aracılığıyla görev kontrol merkezleriyle iletişim kurması gerekecek. Gelecekteki rotorlu araçlar, daha uzun uçuşları mümkün kılmak için daha büyük bataryalar kullanacak. Bilim insanları, Mars helikopterlerine buz aramak gibi daha gelişmiş cihazlar monte etmek istiyor. Tüm bunlar daha ağır araçlar gerektirecek.
Donanımı kırmadan ses bariyerini aşmak, bu yeni gezegensel keşif modundan tam olarak yararlanmamıza bir adım daha yaklaştırıyor.
