Nội dung bài viết
Thử nghiệm cho thấy các cánh quạt không bị phân hủy khi chúng quay ở tốc độ siêu thanh.
Hơn ba năm kể từ khi máy bay trực thăng Ingenuity của NASA kết thúc sứ mệnh tiên phong trên sao Hỏa, các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực ở California đang thiết kế tàu cánh quạt sao Hỏa thế hệ tiếp theo để mang tải trọng nặng hơn đi quãng đường xa hơn qua bầu khí quyển mật độ thấp của hành tinh.
Ingenuity đã thành công vang dội, trở thành nền tảng bay đầu tiên khám phá một thế giới khác. Chiếc trực thăng hai cánh đã thực hiện 72 chuyến bay, vượt quá mục tiêu ban đầu của NASA là 5 chuyến bay trong 30 ngày, sau khi được tàu thám hiểm Perseverance đưa lên Sao Hỏa.
Vào thời điểm sứ mệnh kết thúc với việc hạ cánh khẩn cấp vào tháng 1 năm 2024, Ingenuity đã chỉ cho các nhà khoa học một cách mới để khám phá các thế giới khác, sử dụng không khí để di chuyển quãng đường dài hơn và đến những địa điểm mà các phương tiện mặt đất không thể tiếp cận.
NASA có kế hoạch gửi thêm ba máy bay trực thăng lên Sao Hỏa trong sứ mệnh SkyFall, sứ mệnh này có thể phóng sớm nhất là vào cuối năm 2028.
SkyFall chuẩn bị bay đến hành tinh đỏ trên một tàu vũ trụ chạy bằng năng lượng hạt nhân có tên Space Reactor-1, hay SR-1, một trong những sáng kiến demo công nghệ được Quản trị viên NASA Jared Isaacman công bố vào đầu năm nay.
Sự khéo léo là ma trong cơ thể không lớn hơn một hộp khăn giấy là bao, với khối lượng chỉ 4 pound (1,8 kg) và các cánh quạt quay ngược chiều dài khoảng 4 feet (1,2 mét).
Máy bay trực thăng SkyFall sẽ lớn hơn và nặng hơn, đồng thời chúng sẽ sử dụng một phương pháp cơ động mới để hạ cánh trên bề mặt Sao Hỏa sau khi đi vào bầu khí quyển được bao bọc bên trong tấm chắn nhiệt. Điều này sẽ đòi hỏi sự đổi mới trong thiết kế của máy bay trực thăng.
Các kỹ sư tại JPL và một công ty tư nhân có tên AeroVironment, cũng là đối tác đã phát triển Ingenuity, gần đây đã thực hiện một bước đột phá trong phòng thí nghiệm để đưa sứ mệnh SkyFall đến gần hơn với thực tế.
Các thử nghiệm bao gồm các cánh quạt mới, lớn hơn sẽ đưa trực thăng thế hệ tiếp theo đi qua bầu khí quyển tinh khiết của sao Hỏa, chỉ bằng 1% mật độ không khí ở mực nước biển trên Trái đất.
Do bầu khí quyển mỏng này, máy bay trực thăng bay trên Sao Hỏa phải quay cánh quạt nhanh hơn trên Trái đất để tạo ra lực nâng và các phương tiện nặng hơn cần nhiều lực nâng hơn các phương tiện nhẹ hơn.
Các cánh quạt trên trực thăng SkyFall cũng sẽ lớn hơn cánh quạt trên Ingenuity, vốn quay cánh quạt với tốc độ 2.700 vòng/phút, nhanh gấp 10 lần so với trực thăng chở khách trên Trái đất.
Nhưng các kỹ sư đã cẩn thận thiết kế Ingenuity để không quay các cánh quạt bằng sợi carbon của nó nhanh hơn tốc độ âm thanh vì lo ngại rằng việc vượt quá Mach 1 (khoảng 540 dặm/giờ trên Sao Hỏa) có thể khiến các cánh quạt bị vỡ.
Jaakko Karras, trưởng nhóm thử nghiệm cánh quạt tại JPL, cho biết trong một thông cáo báo chí của NASA: “Nếu Chuck Yeager ở đây, anh ấy sẽ nói với bạn rằng mọi thứ có thể trở nên hỗn loạn ở tốc độ Mach 1”.
"Với suy nghĩ đó, chúng tôi đã lên kế hoạch cho các chuyến bay của Ingenuity để giữ cho đầu cánh quạt ở Mach 0,7 không có gió để nếu chúng tôi gặp phải gió ngược của sao Hỏa khi đang bay, đầu cánh quạt sẽ không đạt tốc độ siêu âm.
Nhưng chúng tôi muốn có hiệu suất cao hơn từ máy bay sao Hỏa thế hệ tiếp theo của chúng tôi.
Chúng tôi cần biết rằng cánh quạt của chúng tôi có thể bay nhanh hơn một cách an toàn." Thử nghiệm gần đây tại JPL đã đẩy các cánh quạt vượt qua tốc độ âm thanh mà không làm hỏng chúng, NASA công bố hôm thứ Năm.
Các đầu cánh quạt đạt tốc độ tối đa Mach 1,08 trong buồng thử nghiệm mô phỏng bầu khí quyển của Sao Hỏa.
Theo NASA, các kỹ sư không biết chắc điều gì sẽ xảy ra với các cánh quạt, vì vậy họ đã lót một phần buồng bằng tấm kim loại để bảo vệ nó khỏi bị hư hại nếu các cánh quạt bị gãy trong quá trình thí nghiệm siêu âm.
“Từ phòng điều khiển cách buồng điều khiển vài thước, nhóm nghiên cứu đã theo dõi màn hình hiển thị dữ liệu và chế độ xem bên trong buồng khi tốc độ vòng tua máy đã tăng lên tới 3.750,” NASA cho biết. “Với tốc độ đó, các đầu nhọn đang di chuyển với tốc độ Mach 0,98.
Sau đó, các kỹ sư kích hoạt một chiếc quạt bên trong buồng để tạo ra luồng gió ngược cho cánh quạt. Sau mỗi lần chạy, chúng lại tăng tốc độ gió cho lần chạy tiếp theo.” Chuỗi thử nghiệm đầu tiên sử dụng thiết kế cánh quạt ba cánh có thể được thực hiện trong các nhiệm vụ sau SkyFall.
Chiến dịch thử nghiệm thứ hai đã sử dụng thiết kế hai cánh thực tế sẽ bay trên SkyFall. Những lưỡi dao này dài hơn một chút nên chúng đạt tốc độ siêu âm tương tự ở vòng tua máy thấp hơn.
Tốc độ quay nhanh hơn giúp tăng 30% khả năng nâng. Nhóm nghiên cứu đã đẩy tốc độ đầu cánh quạt lên Mach 1,08, tăng khả năng nâng của phương tiện sao Hỏa lên 30%.
Bước đột phá này cho phép các sứ mệnh trong tương lai hỗ trợ trọng tải khoa học nặng hơn, bao gồm các cảm biến tiên tiến và pin lớn hơn cho chuyến bay kéo dài. “Chúng tôi nghĩ rằng mình thật may mắn khi đạt được Mach 1,05 và chúng tôi đã đạt được Mach 1,08 trong lần chạy cuối cùng.
Chúng tôi vẫn đang tìm hiểu dữ liệu và có thể còn có nhiều lực đẩy hơn nữa. Shannah Withrow-Maser, nhà khí động học từ Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA, cho biết những chiếc trực thăng thế hệ tiếp theo này sẽ rất tuyệt vời.
để gửi thêm máy bay trực thăng tới Sao Hỏa, NASA đang nghiên cứu một tàu cánh quạt lớn hơn có tên Dragonfly dành cho mặt trăng Titan của Sao Thổ. Chuồn chuồn sẽ nặng gần một tấn, nhưng bay trên Titan xa hơn đặt ra ít thách thức hơn trên Sao Hỏa vì bầu khí quyển của nó dày hơn Trái đất.
Trọng tải duy nhất trên trực thăng Ingenuity là hai camera: một máy chụp ảnh đen trắng để điều hướng và một camera màu có độ phân giải cao hơn. Chuyến bay dài nhất của nó vào năm 2022 dài chưa đầy nửa dặm và kéo dài 161 giây.
Máy bay phải hạ cánh và sạc lại pin bằng mảng năng lượng mặt trời, đồng thời nó sử dụng tàu thám hiểm Perseverance gần đó làm trạm gốc để liên lạc với các đội mặt đất trên Trái đất. Nhiệm vụ SkyFall sẽ không có xe tự hành ở gần.
Các máy bay trực thăng sẽ phải liên lạc với người điều khiển nhiệm vụ thông qua các vệ tinh chuyển tiếp quay quanh hoặc liên kết trực tiếp với Trái đất. Máy bay cánh quạt trong tương lai sẽ sử dụng pin lớn hơn để cho phép các chuyến bay dài hơn.
Các nhà khoa học muốn gắn những thiết bị phức tạp hơn lên trực thăng sao Hỏa để tìm kiếm những thứ như băng trên đất sao Hỏa. Tất cả điều này sẽ yêu cầu xe nặng hơn.
Phá vỡ rào cản âm thanh mà không phá vỡ phần cứng sẽ đưa chúng ta tiến một bước gần hơn đến việc khai thác triệt để phương thức khám phá hành tinh mới này. Ars Technica đã tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong hơn 25 năm.
Với sự kết hợp độc đáo giữa hiểu biết về kỹ thuật và mối quan tâm sâu rộng đến nghệ thuật và khoa học công nghệ, Ars là nguồn đáng tin cậy trong biển thông tin. Suy cho cùng, bạn không cần phải biết mọi thứ, chỉ cần biết những gì quan trọng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.