NASA is weer bezig met het sleutelen aan de toekomst van de vlucht op Mars - want blijkbaar was één keer een helikopter laten vliegen op een andere planeet gewoon niet genoeg. Onderzoekers ontwikkelen rotorbladen waarmee toekomstige Mars-helikopters hoger, verder en over het algemeen meer kunnen opscheppen dan de dappere kleine Ingenuity, die geschiedenis schreef als het eerste aangedreven vliegtuig dat op een andere planeet vloog. De SkyFall-missie, gepland voor lancering in 2028, zal een drietal helikopters naar Mars sturen, voortbouwend op die erfenis met bladen die zijn ontworpen voor de vervelende dunne atmosfeer van de Rode Planeet - met een gebogen rand die doet denken aan, maar toch anders is dan, bladen die op aarde worden gebruikt. Want waarom zou je het makkelijk maken?

Het echte plezier begint met het onconventionele: dunnere, scherpere bladen die het bereik van een enkele vlucht voor missies na SkyFall zouden kunnen vergroten. Een team bij NASA's Ames Research Center in Californië's Silicon Valley, samenwerkend met Imperial College London en de Universiteit van Nagoya in Japan, heeft een nieuwe bladdoorsnede - ofwel een aerofoil - getest, genaamd roamx-0201. Met behulp van geavanceerde simulaties en algoritmen afgestemd op de omstandigheden op Mars, kwamen ze uit op een dunnere, asymmetrische vorm die de aerodynamische prestaties aanzienlijk belooft te verbeteren. Windtunneltests bevestigden dat het ontwerp niet alleen de prestaties verbeterde, maar ook beter herstelde in riskante vluchtomstandigheden. Want niets zegt 'goed ontwerp' als het overleven van het aerodynamische equivalent van een slechte dag.

De cijfers zijn indrukwekkend: hoogwaardige simulaties toonden aan dat de herontworpen bladen de afgelegde afstand in één ononderbroken vlucht konden uitbreiden van Ingenuity's 0,7 kilometer naar maar liefst 18,7 kilometer - terwijl ze wetenschappelijke instrumenten vervoeren. Dat is een ruwweg 26-voudige toename, of ongeveer de afstand van NASA's hoofdkwartier tot een fatsoenlijke kop koffie. De bevindingen werden aangekondigd in een paper gepubliceerd op 22 september in het tijdschrift van het American Institute of Aeronautics and Astronautics, wat vermoedelijk de plek is waar aerodynamici naartoe gaan om op te scheppen.

Dus waarom werken deze bladen zo goed? Deels omdat ze langer op hogere snelheden kunnen werken voordat ze 'drag divergence' bereiken - een fenomeen waarbij de prestaties plotseling dalen wanneer rotoren de geluidssnelheid naderen, die op Mars lager is dan op aarde. Zie het als het aerodynamische equivalent van een kuil raken bij snelwegsnelheid. De roamx-0201-bladen verschillen ook in hoe ze turbulentie gebruiken om lift te creëren. Terwijl lucht over een blad stroomt, vormt het een dunne regio genaamd de 'grenslaag'. Het nieuwe profiel verstoort die stroming opzettelijk bij de voorrand om een verstoring te creëren die, tegenintuïtief, het blad omhoog trekt - waardoor het rotorvaartuig effectiever wordt opgetild dan eerdere ontwerpen. Het is alsof je opzettelijk struikelt om je evenwicht te bewaren, maar met meer wetenschap.

Een andere uitdaging is 'stall', waarbij de prestaties scherp dalen en de vlucht onstabiel wordt na een verandering in de luchtstroomhoek. De bladen van Ingenuity vertoonden steile prestatievermindering bij stall, maar onder de bestudeerde omstandigheden vertoonde het roamx-0201-ontwerp aanzienlijk verbeterd stall-gedrag. Dat betekent dat toekomstige helikopters veilig kunnen opereren bij een breder scala aan vluchthoeken - altijd een pluspunt als je vliegt in een atmosfeer die 1% zo dicht is als die van de aarde en er geen pechhulp is.

Hoewel de technologie nog niet klaar is voor Mars, helpen de tests ingenieurs om discrepanties tussen computationele voorspellingen en prestaties in de echte wereld te begrijpen en op te lossen - een kloof die menige simulatie heeft vernederd. Lopend onderzoek bij NASA is gericht op het mogelijk maken van efficiëntere Mars-helikopters die verder kunnen vliegen, meer lading kunnen vervoeren en nieuwe wetenschaps- en ontdekkingsmissies kunnen ontsluiten. Want als we Mars gaan verkennen, kunnen we dat net zo goed doen met stijl, bereik en een gezonde minachting voor de wetten van de aerodynamica zoals wij die kennen.