NASAがまたしても火星での飛行の未来をいじくり回している。どうやら、他の惑星でヘリコプターを飛ばすのは一度では足りなかったらしい。研究者たちは、将来の火星ヘリコプターがより高く、より遠くへ飛び、そして概して、他の惑星での初の動力飛行として歴史を作ったあの勇敢な小さなIngenuityよりも大いに見せびらかすことを可能にする回転翼ブレードを開発している。2028年打ち上げ予定のSkyFallミッションは、3機のヘリコプターを火星に送り、その遺産を引き継ぐ。ブレードは赤い惑星の厄介な薄い大気向けに設計され、地球で使われるブレードを彷彿とさせながらも異なる曲線的なエッジを特徴としている。なぜ簡単にしないのか？

本当の楽しみは型破りなところから始まる。SkyFall後のミッションで単一飛行の航続距離を拡大できる、より薄く、より鋭いブレードだ。カリフォルニア州シリコンバレーにあるNASAエイムズ研究センターのチームは、インペリアル・カレッジ・ロンドンおよび日本の名古屋大学と協力し、roamx-0201と呼ばれる新しいブレード断面（翼型）をテストしてきた。火星の条件に合わせた高度なシミュレーションとアルゴリズムを用いて、彼らは空力性能を大幅に向上させる、より薄い非対称形状に行き着いた。風洞試験は、この設計が性能を改善するだけでなく、危険な飛行条件下でもより良く回復することを確認した。なぜなら、「良い設計」とは、悪い日の空力学的な同等物を生き延びることに勝るものはないからだ。

数字は印象的だ。高忠実度シミュレーションは、再設計されたブレードが科学機器を搭載しながら、一回の無中断飛行でカバーする距離をIngenuityの0.7キロメートルから最大18.7キロメートルまで拡大できることを示した。それは約26倍の増加、つまりNASA本部からまともなコーヒー一杯までの距離に相当する。この発見は、9月22日にアメリカ航空宇宙学会のジャーナルに掲載された論文で発表された。そこはおそらく空力学者が自慢しに行く場所なのだろう。

では、なぜこれらのブレードはそんなにうまく機能するのか？一部は、ロータが音速に近づくと性能が突然低下する「ドラッグダイバージェンス」に達する前に、より高速でより長く動作できるからだ。火星では音速が地球より低い。高速道路で速度を出して穴に落ちるようなものだと考えてほしい。roamx-0201ブレードはまた、乱気流を利用して揚力を生み出す方法も異なる。空気がブレード上を流れると、「境界層」と呼ばれる薄い領域が形成される。新しい翼型は、前縁でその流れを意図的に乱し、直感に反してブレードを上向きに引っ張る擾乱を生み出し、以前の設計よりも効果的に回転翼機の揚力を助ける。バランスを取るためにわざとつまずくようなものだが、より科学的だ。

もう一つの課題は「ストール」で、気流角度の変化後に性能が急激に低下し、飛行が不安定になる現象だ。Ingenuityのブレードはストール時に急激な性能劣化を経験したが、研究された条件下では、roamx-0201設計はストール挙動が大幅に改善された。つまり、将来のヘリコプターはより広い範囲の飛行角度で安全に運用できる。地球の1%の密度の大気中を飛び、ロードサイドアシスタンスもない状況では、常にプラスだ。

この技術はまだ火星向けに準備ができていないが、テストはエンジニアが計算予測と実世界の性能の間の不一致を理解し解決するのに役立っている。そのギャップは多くのシミュレーションを謙虚にさせてきた。NASA全体で進行中の研究は、より遠くへ飛び、より多くのペイロードを運び、新しい科学と発見のミッションを可能にする、より効率的な火星ヘリコプターを実現することを目指している。なぜなら、火星を探査するなら、スタイルと航続距離、そして我々が知る空気力学の法則に対する健全な無視をもってやるべきだからだ。