NASA vyvíjí marsovské letadlo

Prandtl-m - kluzák pro Mars zdroj: nasa.gov

NASA a nejen ona už dlouhou dobu sní o marsovském ultralehkém letadle jako součásti některé z misí včetně budoucích pilotovaných nebo přímo samostatné mise. A nelze se tomu divit. Letadlo na Marsu by dokázalo vyplnit mezeru mezi daty získanými družicemi na oběžné dráze a rovery na povrchu. Dokázalo by nafotit zajímavá místa na povrchu v nevídaném rozlišení a přitom by se mohlo vydat i do míst, která jsou roverům nedostupná ať už kvůli přílišnému převýšení nebo skaliskům či hlubokým dunám, kde by mohly zapadnout. Data se mohou využít pro vytipování atraktivních lokalit pro budoucí výpravy nebo pokud by letadlo bylo součástí mise s roverem, tak by operátoři mohli daleko lépe plánovat trasu vozítka.

Na obrázcích budoucích marsovských základen, které si NASA nechala malovat v 80. a 90. letech minulého století, nechybí v portfoliu bezpilotní nebo pilotované letadlo osazené většinou klasickou vrtulí.

Ke konci 20.století se v NASA konceptem marsovského letadla začali zabývat více vědci a konstruktéři než malíři a ke slovu tak přišly první návrhy a řešení obtíží spojených s tím, že atmosféra Marsu je přibližně 100x řidčí než pozemská. Podobný tlak jako má martská atmosféra u jeho povrchu má ta pozemská přibližně ve výšce 30 km. No, alespoň tím bylo dáno prostředí, kde bude možné tato letadla na Zemi testovat. Také nebylo možné využít podobné motory jako na Zemi neboť v atmosféře Marsu není kyslík. V úvahu tak přicházel pouze elektrický nebo raketový motor. Přelom století také přinesl nové lehké a přitom pevné materiály a také pokračující miniaturizaci techniky, čímž začalo budoucí letadlo dostávat konkrétnější obrysy.

Základní idea je taková, že letadlo ve složeném stavu přečká žhavý průlet atmosférou uvnitř přistávacího pouzdra, podobně jako ostatní stroje, které se snaží dostat na Mars. Po zpomalení a odhození tepelného štítu se letadlo uvolní z pod závěsu a musí se složit do letuschopného tvaru, přičemž na něj od začátku působí poměrně velké síly při rychlosti téměř Mach 1.

Představa rozložení letadla v marsovské atmosféře zdroj: nasa.gov

Představa rozložení letadla v marsovské atmosféře
zdroj: nasa.gov

První pokusy

Od roku 1996 v Ames Research Center (NASA) začínají testovat malé bezpilotní letouny. Nejprve je to letadlo s poměrně složitým drakem. 7 křídel a četné záhyby byly docela výzva pro letadlo, které se musí během letu samo složit, ale daný model, to zvládl. Pro sbírání dat během letu byl vytvořen podstatně jednodušší model v roce 1998. V roce 1999 NASA neformálně požádala o marsovské letadlo, které by na Rudé planetě oslavilo 100. výročí letu bratří Wrightů (1903). I když letadlo v roce 2001 prodělalo úspěšné testy v atmosféře a prokázalo, že by se skutečně mohlo nad Marsem proletět, nakonec NASA misi letadla pro rok 2003 zrušila. Alespoň si letadlo připsalo výškový rekord. V roce 2002 byl pokus opakován s tím rozdílem, že stroj již nebyl pouhým kluzákem, ale dostal vrtuli. Ta byla zřejmě příliš velká a způsobila rozpad letadla ve výšce 32,9 km a rychlosti 0,8 Machu.

Ames pak navázal partnerství s Naval Research Laboratory a vznikl z toho koncept Mars Advanced Technology Airplane for Deployment, Operations and Recovery (MATADOR). Asi 65 kg těžký stroj měl na Marsu vykonat patnácti minutový let nebo možná i delší (v počátcích se optimisticky předpokládalo 5 hodin). Pohánět jej měly raketové motorky na hydrazin. Letadlo by pomocí radaru hledalo tekutou vodu pod povrchem a v místě nálezu by se pak mělo snažit přistát. Později byl postupně měněn účel mise s tím, jak se zlepšovaly schopnosti satelitů na oběžné dráze. Byla i snaha opustit reaktivní pohon a nahradit ho vrtulí s elektrickým motorem. Model MATADORU byl testován v roce 2006 v aerodynamickém tunelu.

Nadějný kandidát

V novém tisíciletí se pustili do vývoje marsovského letadla také v dalším centru NASA a sice v Langley. Stroj pojmenovali ARES. Náplní jeho práce na Marsu měl být výzkum atmosféry a slabého magnetického pole. ARES nemá žádný pohon, je to čistokrevný kluzák. Dá se říct, že idea průběhu mise je hodně podobná tomu, co jsme si nastínili výše. Opět úkryt pro přečkání kritického průchodu atmosférou a pak složení a volné plachtění (viz obrázek).

ARES od deorbitace až po let v atmosféře zdroj: nasa.gov

ARES od deorbitace až po let v atmosféře
zdroj: nasa.gov

S model o poloviční velikosti se už v září 2002 pokusili o otestování celé fáze letu od opuštění krytu po přistání. A dlužno říci, že úspěšně. Zde si můžete prohlédnout fotogalerii. Model byl nejprve vynesen balónem do výšky 31,5 km, pak klesal na padáku a začalo skládání – nejprve ocas a poté i křídla. Po složení a zajištění se letoun odpoutal od padáku a započal samostatný let v podobných subsonických rychlostech a hodnotách Reynoldsova čísla, s jakými by se vyrovnával při skutečném letu nad Marsem. Celý 90 minut trvající let korunovalo bezchybné přistání.

I přes tento nepochybný úspěch si nakonec místo na nosné raketě v rámci programu Scout nevybojoval. Vedení NASA dalo přednost sondě MAVEN. Jako útěchu si papírový model ARESu můžete sami slepit. Ke stažení je v pdf a jpg.

A přece poletí…

Neházejme flintu do žita. Letadla letícího nad martskou krajinou se snad přecijen dočkáme. Jeho koncept se jmenuje Prandtl-m. Jak je v NASA zvykem, jedná se opět o akronym: Preliminary Research Aerodynamic Design to Land on Mars (předběžný výzkum aerodynamického designu k přistání na Marsu). Dalším zvykem poslední doby je, že díky novým technologiím obsazují pozice, jimž kdysi neochvějně vládly velké satelity a sondy, malé unifikované krabičky zvané cubesaty.

Prandtl-m při prvním zkušebním letu zdroj:nasa.gov

Prandtl-m při prvním zkušebním letu
zdroj:nasa.gov

Nové letadlo, tentokrát z dílny NASA Armstrong Flight Research Center, se bude muset vejít do 3U cubesatu (30 x 10 cm), který bude schovaný pod krytem některého z budoucích roverů, nejspíše Roveru 2020. Kluzák Prandtl-m by měl během svého letu nafotit ve vysokém rozlišení některé z míst, kam chtějí vědci směřovat budoucí lidský výsadek. Let nebude dlouhý, pouhých 10 minut a započne ve výšce okolo 600 metrů. Dostat se může až do 30 km od místa vypuštění. Po celou dobu bude vysílat data k retranslační družici. Pozemní operátor nebude mít možnost do letu nijak zasáhnout. Až k němu dorazí data, letoun už bude na povrchu. Křídlo letounu měří 60 cm a váha by se měla vejít do půl kilogramu – ovšem na Marsu, takže na Zemi je to něco málo přes kilogram.Vyroben má být z kompozitu nebo skelného vlákna.

Testovací kus má za sebou teprve první zkušební let a přistání, které proběhlo teď v červnu. Do konce roku by chtěl tým otestovat Prandtl-m ve výškách nad 30 km. Zpočátku bude pro orientaci v terénu využita GPS, ale na Marsu si už bude muset poradit pouze s mapovými podklady a radarem. Po několika dalších testech v podobných výškách, bude čekat kluzák zkouška ohněm, respektive vynesení na vrcholu sondážní rakety až do výšky 140 km. Odtud bude klesat a teprve v 30 km se začne rozkládat a pokusí se letět a přistát. Teprve tato simulace bude nejrealističtěji napodobovat přistání na Marsu. Teprve tento test může otevřít bránu k účasti na skutečné marsovské misi.

Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/centers/armstrong/features/mars_airplane.html
http://www.nasa.gov/centers/ames/research/2007/mars_airplane.html
http://marsairplane.larc.nasa.gov/reliability_2.html
http://marsairplane.larc.nasa.gov/platform.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Aerial_Regional-scale_Environmental_Survey
http://www.nasa.gov/centers/ames/research/technology-onepagers/mars-airplane.html
http://www.esa.int/Our_Activities/Human_Spaceflight/Exploration/Euroavia_students_design_Martian_aerial_vehicle

Zdroje obrázků:
http://www.spaceflight.nasa.gov/gallery/images/mars/marsbases/hires/s85_31477.jpg
http://www.nasa.gov/centers/glenn/images/content/101885main_C91_08781_516x387.jpg
http://www.nasa.gov/centers/ames/images/content/107199main_AME.gif
http://www.nasa.gov/centers/ames/images/content/183951main_med_Pizarro%20-%20Matador%2003.jpg
http://www.wpafb.af.mil/shared/media/photodb/web/061129-F-1025B-002.JPG
http://marsairplane.larc.nasa.gov/graphics/unfolding_sequence_1.jpg
http://marsairplane.larc.nasa.gov/graphics/group_planes_480.jpg
http://marsairplane.larc.nasa.gov/graphics/cover_open_480.jpg
http://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width/public/thumbnails/image/mars_prandtl-m.jpg?itok=vjFr2Kp2
http://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ed15-0193-336.jpg

NASA vyvíjí marsovské letadlo, 2.7 out of 5 based on 14 ratings
Pin It
(Visited 2 358 times, 1 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.7/5 (14 votes cast)
(Visited 2 358 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


9 komentářů ke článku “NASA vyvíjí marsovské letadlo”

  1. gg napsal:

    „a hmotnost by se měla vejít do půl kilogramu – ovšem na Marsu, takže na Zemi je to něco málo přes kilogram“

    :s/hmotnost/váha/ 😉

    • Tomáš Kohout napsal:

      Jo, díky. Až se dostanu k počítači, tak to opravím. Jak jsem se soustředil, abych se neupsal v převodech u.s. jednotek, tak mi tohle uteklo.

  2. edemski napsal:

    Nebylo by lepši něco na způsob vzducholodě? Jako v dokumentárním filmu Alien Planet?

    http://vignette1.wikia.nocookie.net/alienplanet/images/5/5f/LeonardoDavinci.png/revision/latest?cb=20100119151155

    • Vojta napsal:

      Vzducholoď by musela být opravdu obrovská. Velikost vzducholodi určuje hustota atmosféry (která je na Marsu hodně malá) a rozdíl relativních hmotností nosného plynu a plynů v atmosféře (což je na Marsu lepší než na Zemi, ale moc to nepomůže). Reálně by bylo možné provozovat vzducholodě na Venuši, Titanu a pokud by je neroztrhal vítr, tak i na plynných planetách, i když i tam by musely být dost velké, protože nosným plynem by byl horký vodík (aspoň by se nemusel vozit, v atmosféře je ho dost).

      • edemski napsal:

        A to letadlo bude lítat na čem, když je tak řídká? A když už bude, tak asi zatraceně rychle, aby nějaký vztlak vznikl. IMHO

        • gg napsal:

          Tak zase ale potřebuje jen 0,38 vztlaku, že. 😉 Jistě že to nebude žádný airliner, ale nějaké superlehké křídlo by z hlediska vztlaku nemusel být problém. To už je zajímavější otázka pohonu. Přiznám se, že to už se mi spíš líbí ten projekt solárně dobíjitelné elektrokoptéry.

    • Tomáš Kohout napsal:

      Nad vzducholodí se taky uvažuje. Atmosféra je složená převážně z CO2, který není úplně vhodný, i když by se vzducholoď po jeho zahřátí vznesla. Daleko výhodnější je vodík, jehož použití je v martských podmínkách daleko bezpečnější než na Zemi. Helium je podle mě zbytečné plýtvání.

      Vzducholoď pro Mars ale zatím není na pořadu dne, zatímco letadlo má reálnou šanci být přiřazeno k jedné z plánovaných misí. Nevylučuji, že se vzducholodím a jejich použití pro průzkum planet a atmosférou podívám na zoubek v některém z dalších článků. Zatím pro samostudium: http://www.redcolony.com/art.php?id=0507310#Martian_Aircraft

      • Vojta napsal:

        Vzhledem k hustotě atmosféry, by toho hélia nebylo potřeba až tak moc. Horší je velikost obalu (minimálně stratosférický balón). I když plýtvání to je a podle mého by se vodík klidně mohl používat i na zemi. Aspoň pro nepilotované stroje lehčí než vzduch. S dodržením přísných bezpečnostních opatření to funguje i pro pilotované. Nějaké riziko je vždy, i s héliem.

        • Tomáš Kohout napsal:

          Výhodou vodíku je, že je ho třeba ještě méně než helia. A na Marsu je absolutně bezpečný díky absenci kyslíku. Helia je poměrně omezené množství dané těžbou, zatímco vodík si umíme vyrobit. Budoucí mise by si ho mohly vyrábět z místních zdrojů.

Zanechte komentář