|
Марсолеты будут оснащены революционной антенной
|
|
|
|
С 2021 по 2024 год вертолет NASA Ingenuity стал первым в своем роде аппаратом, исследовавшим атмосферу и поверхность Марса. После завершения этой концептуальной разработки NASA готовится отправить три вертолета на поиски самого ценного ресурса для будущих миссий астронавтов: воды. Эти вертолеты, известные как трио SkyFall, будут обнаруживать замерзшую воду в верхних нескольких метрах марсианского реголита. Для поиска возможных источников воды каждый вертолет будет использовать георадар с гибкой тканевой антенной, выдвинутой под космическим аппаратом.
|
|
|
|
Антенны специально разработаны для этой миссии, чтобы не мешать посадке и не ломаться при контакте с поверхностью. Недавно они также успешно прошли испытания в Лаборатории реактивного движения NASA. После развертывания эти три вертолета (один большой и два меньших) будут летать над марсианским ландшафтом и проецировать сигналы георадара в сверхшироком диапазоне частот — от 500 до 2500 мегагерц (МГц) — на глубину нескольких метров под поверхностью.
|
|
|
|
В то время как более длинные волны в этом диапазоне могут проникать на несколько метров ниже поверхности, более короткие волны обеспечивают более детальную информацию о самых верхних слоях поверхности. Хотя спутники могут картировать крупные залежи льда на глубине нескольких десятков метров (десятков метров), они фактически не видят неглубоких залежей (5 м; 16 футов). Эти залежи имеют решающее значение для будущих пилотируемых миссий, поскольку астронавтам потребуются легкодоступные источники воды.
|
|
|
|
|
|
|
«Единственный способ обнаружить неглубокий подповерхностный лед дистанционно — это летать близко к поверхности», — заявил Адриан Танг, ведущий научный сотрудник JPL по разработке георадара SkyFall, в пресс-релизе НАСА. «Благодаря низким и медленным полетам вертолет SkyFall сможет получать радиолокационные изображения, позволяющие различать тонкие слои, где сухая почва сменяется льдом, обнаруживая их наличие и составляя карту их распространения».
|
|
|
|
Каждый вертолет SkyFall будет оснащен четырьмя приборами, аналогичными тем, что используются на марсианском вертолете Ingenuity НАСА. За три года эксплуатации вертолет показал, что управляемый полет в разреженной атмосфере Марса возможен, и продемонстрировал, что аэрофотосъемка может предоставить ценные данные для миссий на поверхности (например, возможные маршруты передвижения и выбор мест для исследований). Однако радиосвязь остается проблемой для миссии SkyFall.
|
|
|
|
Традиционные антенны должны быть около 48 см (19 дюймов) и иметь беспрепятственный обзор поверхности для работы в этой части электромагнитного спектра. Однако это непрактично, поскольку минимальное расстояние между вертолетом и поверхностью Марса составит всего около 15 см (6 дюймов). После рассмотрения нескольких потенциальных вариантов конструкции команда SkyFall выбрала антенну Vivaldi: плоскую, криволинейную конструкцию, способную охватывать широкий непрерывный диапазон радиочастот и напоминающую изогнутые лопасти, расположенные друг за другом.
|
|
|
|
Благодаря своему плоскому и легкому профилю, её легко изготовить из листового металла, печатных плат или металлизированных тканей. Хотя стандартная конструкция всё ещё была слишком большой, чтобы обеспечить зазор в 15 см, команда смогла ещё больше её миниатюризировать, поскольку она была специально разработана для неглубокого обследования в сухом марсианском реголите (который блокирует радиоволны гораздо меньше, чем земная почва). Кристин Гебара, руководитель отдела механики георадара SkyFall в JPL, рассказала, что команда разработала дополнительные методы для дальнейшей миниатюризации антенны:
|
|
|
|
«Хотя нам удалось значительно уменьшить антенну, она примерно в полтора раза длиннее опор вертолета. Это означает, что во время посадки Vivaldi приходится сгибаться, а если он приземляется на камень, то сгибается еще сильнее. Но когда вертолет снова взлетает, антенна должна возвращаться в исходное положение для сбора данных. Поскольку SkyFall планирует совершить десятки полетов для исследования Марса, нам нужна была антенна, которая могла бы многократно выдерживать такие нагрузки, не теряя своей формы в полете».
|
|
|
|
Команда также тщательно позаботилась о том, чтобы антенна могла выдержать полет через атмосферу Марса и сохранить свою форму в воздухе. С этой целью команда покрыла ее полиэстером и слоями Vectran — того же материала, который использовался для посадочных подушек безопасности, защищавших марсоходы Spirit и Opportunity, — а также добавила гибкие пружины из стекловолоконной ленты и легкую магниевую монтажную конструкцию.
|
|
|
|
Первоначально испытания состояли из бумажных проектов и математических моделей, но настоящие испытания проводились в Лаборатории экологических испытаний JPL. Здесь инженеры сгибали и изгибали прототип антенны, чтобы имитировать различные ориентации после полета и нескольких приземлений. Затем они испытали резкие изменения температуры, чтобы имитировать колебания дня и ночи на Марсе. Между тем они поместили оборудование в камеру электромагнитных испытаний, чтобы убедиться, что его способность излучать и принимать сигналы не пострадала.
|
|
|
|
Команда также перевернула антенну, что подвергло ее гораздо большей нагрузке, чем марсианская гравитация, во время проверки радиочастотных характеристик. Их испытания показали, что антенна может выдержать вдвое больше посадок, чем требуется для ее основной миссии (200), без потери качества сигнала. «Этот тест проверил все, что предполагалось, и ответил на наши самые важные технические вопросы», — сказал Тан. «Хотя нам еще предстоит проделать большую работу, прежде чем антенна будет полностью пригодной для полетов, это была важная веха, и оборудование работало точно так, как ожидалось».
|
|
|
|
Завершив первую большую кампанию испытаний антенны, команда, разрабатывающая георадар, создает инженерную модель, которая может выдержать испытания на вибрацию, развертывание в моделируемой марсианской среде, тестирование сигналов и испытания на открытом воздухе на Марсовой верфи Лаборатории реактивного движения. Ожидается, что SkyFall будет запущен на борту космического реактора НАСА-1 Freedom, первой межпланетной миссии человечества с ядерной установкой, в конце 2028 года.
|
|
|
|
Источник
|
