شفرات مروحية ناسا الجديدة للمريخ تعد برحلات طويلة تنسيك أنه كوكب صحراوي

ناسا تعود إلى العبث بمستقبل الطيران على المريخ - لأنه من الواضح أن تحليق مروحية على كوكب آخر مرة واحدة لم يكن كافياً. يعمل الباحثون على تطوير شفرات دوارة يمكن أن تسمح لمروحيات المريخ المستقبلية بالتحليق أعلى وأبعد، وبشكل عام التباهي أكثر من إنجينويتي الصغير الشجاع، الذي صنع التاريخ كأول طائرة تعمل بالطاقة تحلق على كوكب آخر. مهمة سكاي فول، المقرر إطلاقها في 2028، سترسل ثلاثة مروحيات إلى المريخ، بناءً على ذلك الإرث بشفرات مصممة للغلاف الجوي الرقيق المزعج للكوكب الأحمر - تتميز بحافة منحنية تذكرنا، ولكنها مختلفة عن، الشفرات المستخدمة على الأرض. لأن لماذا نجعلها سهلة؟

المتعة الحقيقية تبدأ مع غير التقليدي: شفرات أرق وأكثر حدة يمكن أن توسع نطاق الرحلة الواحدة للمهام بعد سكاي فول. فريق في مركز أبحاث أميس التابع لناسا في وادي السيليكون بكاليفورنيا، بالتعاون مع كلية إمبريال كوليدج لندن وجامعة ناغويا في اليابان، كان يختبر مقطعاً جديداً للشفرات - أو جنيحاً - يُدعى روامكس-0201. باستخدام محاكاة متقدمة وخوارزميات مضبوطة على ظروف المريخ، توصلوا إلى شكل غير متماثل وأرق يعد بتعزيز كبير في الأداء الديناميكي الهوائي. أكدت اختبارات نفق الرياح أن التصميم لم يحسن الأداء فحسب، بل تعافى بشكل أفضل في ظروف الطيران الخطرة. لأن لا شيء يقول 'تصميم جيد' مثل النجاة من المكافئ الديناميكي الهوائي ليوم سيئ.

الأرقام مثيرة للإعجاب: أظهرت المحاكاة عالية الدقة أن الشفرات المعاد تصميمها يمكن أن توسع المسافة المقطوعة في رحلة واحدة دون توقف من 0.7 كيلومتر لإنجينويتي إلى ما يصل إلى 18.7 كيلومتر - مع حمل أدوات علمية. هذا زيادة بنحو 26 ضعفاً، أو حوالي المسافة من مقر ناسا إلى فنجان قهوة لائق. تم الإعلان عن النتائج في ورقة نُشرت في 22 سبتمبر في مجلة المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية، والذي من المفترض أنه المكان الذي يذهب إليه خبراء الديناميكا الهوائية للتباهي.

إذن لماذا تعمل هذه الشفرات بشكل جيد؟ جزئياً لأنها يمكن أن تعمل لفترة أطول بسرعات أعلى قبل الوصول إلى 'تباعد السحب' - وهي ظاهرة ينخفض فيها الأداء فجأة عندما تقترب الدوارات من سرعة الصوت، والتي تكون أقل على المريخ منها على الأرض. فكر فيها على أنها المكافئ الديناميكي الهوائي للاصطدام بحفرة بسرعة الطريق السريع. تختلف شفرات روامكس-0201 أيضاً في كيفية استخدامها للاضطراب لتوليد الرفع. عندما يتدفق الهواء فوق الشفرة، فإنه يشكل منطقة رقيقة تسمى 'الطبقة الحدودية'. الجنيح الجديد يعطل ذلك التدفق عمداً عند الحافة الأمامية لخلق اضطراب، بشكل غير بديهي، يسحب الشفرة لأعلى - مما يساعد على رفع المروحية بشكل أكثر فعالية من التصاميم السابقة. إنه مثل التعثر عن قصد لاستعادة توازنك، ولكن مع المزيد من العلم.

التحدي الآخر هو 'الانهيار'، حيث ينخفض الأداء بشكل حاد ويصبح الطيران غير مستقر بعد تغير في زاوية تدفق الهواء. عانت شفرات إنجينويتي من تدهور حاد في الأداء عند الانهيار، ولكن في الظروف المدروسة، أظهر تصميم روامكس-0201 سلوك انهيار محسناً بشكل كبير. هذا يعني أن المروحيات المستقبلية يمكن أن تعمل بأمان في نطاق أوسع من زوايا الطيران - دائماً ميزة إضافية عندما تحلق في غلاف جوي كثافته 1% من كثافة الأرض ولا توجد مساعدة على الطريق.

بينما التكنولوجيا ليست جاهزة بعد للمريخ، فإن الاختبارات تساعد المهندسين على فهم وحل التناقضات بين التوقعات الحسابية والأداء في العالم الحقيقي - وهي فجوة أذلت العديد من المحاكاات. تهدف الأبحاث الجارية في ناسا إلى تمكين مروحيات مريخية أكثر كفاءة يمكنها الطيران لمسافات أبعد، وحمل المزيد من الحمولة، وفتح مهام علمية واستكشافية جديدة. لأنه إذا كنا سنستكشف المريخ، فمن الأفضل أن نفعل ذلك بأناقة ومدى وتجاهل صحي لقوانين الديناميكا الهوائية كما نعرفها.