Los ingenieros irán más allá de los confines de la Tierra para encontrar más rendimiento para los futuros helicópteros de Marte.
Por primera vez en la historia, dos planetas han albergado pruebas de futuros diseños de aviones. En este mundo, recientemente se probó en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California un nuevo rotor que podría usarse con helicópteros marcianos de próxima generación, girando a velocidades casi supersónicas (0,95 Mach). Mientras tanto, el helicóptero Ingenuity Mars de la agencia ha alcanzado nuevos récords de altitud y velocidad aérea en el Planeta Rojo en nombre de pruebas de vuelo experimentales.
“Nuestras pruebas de helicópteros en Marte de próxima generación han tenido literalmente lo mejor de ambos mundos”, dijo Teddy Tzanetos, director de proyectos de Ingenuity y director de Mars Sample Recovery Helicopters. “Aquí en la Tierra, tienes toda la instrumentación y la inmediatez práctica que podrías desear mientras pruebas nuevos componentes de aeronaves. En Marte, tienes condiciones reales fuera del mundo que nunca podrías recrear aquí en la Tierra”. Eso incluye una atmósfera muy fina y una gravedad significativamente menor que en la Tierra.
Las palas del rotor de fibra de carbono de próxima generación que se están probando en la Tierra son casi 4 pulgadas (más de 10 centímetros) más largas que las de Ingenuity, con mayor resistencia y un diseño diferente. La NASA cree que estas palas podrían permitir helicópteros más grandes y más capaces en Marte. El desafío es que, a medida que las puntas de las palas se acercan a velocidades supersónicas, las turbulencias que causan vibraciones pueden salirse de control rápidamente.
Para encontrar un espacio lo suficientemente grande como para crear una atmósfera marciana en la Tierra, los ingenieros recurrieron al simulador espacial del JPL de 25 pies de ancho y 85 pies de alto (8 metros por 26 metros), un lugar donde Surveyor, Voyager y Cassini probó por primera vez entornos espaciales. Durante tres semanas en septiembre, un equipo monitoreó sensores, medidores y cámaras mientras las palas soportaban carrera tras carrera a velocidades cada vez más altas y ángulos de inclinación mayores.
“Hicimos girar nuestras palas hasta 3500 rpm, que es 750 revoluciones por minuto más rápido que las palas del Ingenuity”, dijo Tyler Del Sesto, director adjunto de pruebas del helicóptero de recuperación de muestras en JPL. “Estas palas más eficientes son ahora más que un ejercicio hipotético. Están listas para volar”.
Aproximadamente al mismo tiempo, y a unos 161 millones de kilómetros (100 millones de millas) de distancia, se le ordenó a Ingenuity que probara cosas que el equipo de Mars Helicopter nunca imaginó que llegarían a hacer.
Prueba de vuelo de la cuarta roca
Originalmente, estaba previsto que Ingenuity volara no más de cinco veces. Desde que su primer vuelo entró en el libro de registro de la misión hace más de dos años y medio, el helicóptero ha superado en 32 veces su misión prevista de 30 días y ha volado 66 veces. Cada vez que Ingenuity despega, cubre nuevos terrenos, ofreciendo una perspectiva que ninguna misión planetaria anterior podría lograr. Pero últimamente, Team Ingenuity ha estado sacando a dar una vuelta a su helicóptero de propulsión solar como nunca antes.
“Durante los últimos nueve meses, hemos duplicado nuestra velocidad aérea y altitud máximas, hemos aumentado nuestra tasa de aceleración vertical y horizontal e incluso hemos aprendido a aterrizar más lento”, dijo Travis Brown, ingeniero jefe de Ingenuity en JPL. “La ampliación de la envolvente proporciona datos invaluables que los diseñadores de misiones pueden utilizar para futuros helicópteros en Marte”.
Limitados por consideraciones de energía disponible y temperatura del motor, los vuelos de Ingenuity suelen durar entre dos y tres minutos. Aunque el helicóptero puede cubrir más terreno en un solo vuelo volando más rápido, volar demasiado rápido puede confundir al sistema de navegación a bordo. El sistema utiliza una cámara que reconoce rocas y otras características de la superficie a medida que se mueven a través de su campo de visión. Si esas funciones pasan demasiado rápido, el sistema puede perder el rumbo.
Entonces, para lograr una velocidad terrestre máxima más alta, el equipo envía comandos para que Ingenuity vuele a mayores altitudes (las instrucciones se envían al helicóptero antes de cada vuelo), lo que mantiene las características a la vista por más tiempo. El vuelo 61 estableció un nuevo récord de altitud de 78,7 pies (24 metros) mientras comprobaba los patrones de viento marcianos. Con el vuelo 62, Ingenuity estableció un récord de velocidad de 22,3 mph (10 metros por segundo) y exploró una ubicación para el equipo científico del rover Perseverance.
El equipo también ha estado experimentando con la velocidad de aterrizaje de Ingenuity. El helicóptero fue diseñado para hacer contacto con la superficie a una velocidad relativamente rápida de 2,2 mph (1 mps), de modo que sus sensores a bordo pudieran confirmar fácilmente el aterrizaje y apagar los rotores antes de que pudiera rebotar en el aire. Un helicóptero que aterrice más lentamente podría diseñarse con un tren de aterrizaje más ligero. Entonces, en los vuelos 57, 58 y 59 lo probaron, demostrando que Ingenuity podía aterrizar a velocidades un 25% más lentas de las que el helicóptero fue diseñado originalmente para aterrizar.
Pero todo esto no ha terminado aún. En diciembre, después de la conjunción solar, se espera que Ingenuity realice dos vuelos de alta velocidad durante los cuales ejecutará un conjunto especial de ángulos de cabeceo y balanceo diseñados para medir su rendimiento.
“Los datos serán extremadamente útiles para perfeccionar nuestros modelos aeromecánicos de cómo se comportan los helicópteros en Marte”, dijo Brown. “En la Tierra, estas pruebas suelen realizarse en los primeros vuelos. Pero no es ahí hacia donde volamos. Hay que tener un poco más de cuidado cuando se trabaja tan lejos del taller de reparación más cercano, porque no se puede repetir nada”.
Más sobre el Ingenuity
El Ingenuity comenzó su vida en Marte como una demostración de tecnología. Voló por primera vez el 19 de abril de 2021, flotando a 3 metros (10 pies) durante 30 segundos. Cuatro vuelos más en otras tantas semanas agregaron 499 segundos y vieron al helicóptero volar horizontalmente sobre la superficie a 1,171 pies (357 metros). Después de demostrar que era posible volar en Marte, Ingenuity entró en una fase de demostración de operaciones en mayo de 2021 para mostrar cómo la exploración aérea podría beneficiar la exploración futura de Marte y otros mundos.
El helicóptero Ingenuity Mars fue construido por JPL, que también gestiona el proyecto para la sede de la NASA. Cuenta con el apoyo de la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California y el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, proporcionaron importantes análisis de rendimiento de vuelo y asistencia técnica durante el desarrollo de Ingenuity. AeroVironment Inc., Qualcomm y SolAero también brindaron asistencia en el diseño y componentes importantes del vehículo. Lockheed Space diseñó y fabricó el sistema de entrega de helicópteros a Marte.
En la sede de la NASA, Dave Lavery es el ejecutivo del programa del helicóptero Ingenuity Mars.
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.