NASA znowu kombinuje przy przyszłości lotów na Marsie – bo najwyraźniej raz przelecieć helikopterem nad inną planetą to za mało. Naukowcy opracowują łopaty wirnika, które mogłyby pozwolić przyszłym helikopterom marsjańskim latać wyżej, dalej i generalnie popisywać się bardziej niż dzielny mały Ingenuity, który przeszedł do historii jako pierwszy napędzany statek powietrzny, jaki poleciał na innej planecie. Misja SkyFall, zaplanowana na start w 2028 roku, wyśle na Marsa trzy helikoptery, kontynuując tę spuściznę dzięki łopatom zaprojektowanym z myślą o dokuczliwej, cienkiej atmosferze Czerwonej Planety – z zakrzywioną krawędzią, która przypomina, ale różni się od łopat używanych na Ziemi. Bo po co ułatwiać?

Prawdziwa zabawa zaczyna się od niekonwencjonalnego: cieńszych, ostrzejszych łopat, które mogłyby zwiększyć zasięg pojedynczego lotu w misjach po SkyFall. Zespół z Ames Research Center NASA w kalifornijskiej Dolinie Krzemowej, we współpracy z Imperial College London i Uniwersytetem w Nagoi w Japonii, testował nowy przekrój łopaty – czyli profil aerodynamiczny – nazwany roamx-0201. Wykorzystując zaawansowane symulacje i algorytmy dostrojone do warunków marsjańskich, trafili na cieńszy, asymetryczny kształt, który obiecuje znaczne zwiększenie osiągów aerodynamicznych. Testy w tunelu aerodynamicznym potwierdziły, że projekt nie tylko poprawił osiągi, ale także lepiej radził sobie w ryzykownych warunkach lotu. Bo nic tak nie świadczy o „dobrym projekcie” jak przetrwanie aerodynamicznego odpowiednika złego dnia.

Liczby robią wrażenie: symulacje o wysokiej wierności pokazały, że przeprojektowane łopaty mogłyby zwiększyć dystans pokonywany w jednym nieprzerwanym locie z 0,7 kilometra Ingenuity do nawet 18,7 kilometra – przy jednoczesnym przenoszeniu instrumentów naukowych. To około 26-krotny wzrost, czyli mniej więcej odległość od siedziby NASA do przyzwoitej filiżanki kawy. Wyniki ogłoszono w artykule opublikowanym 22 września w czasopiśmie Amerykańskiego Instytutu Aeronautyki i Astronautyki, który jest przypuszczalnie miejscem, gdzie aerodynamicy chodzą się chwalić.

Więc dlaczego te łopaty działają tak dobrze? Po części dlatego, że mogą pracować dłużej przy wyższych prędkościach, zanim dojdzie do „rozbieżności oporu” – zjawiska, w którym osiągi nagle spadają, gdy wirniki zbliżają się do prędkości dźwięku, która na Marsie jest niższa niż na Ziemi. Pomyśl o tym jak o aerodynamicznym odpowiedniku wpadnięcia w dziurę przy prędkości autostradowej. Łopaty roamx-0201 różnią się także sposobem wykorzystania turbulencji do wytwarzania siły nośnej. Gdy powietrze opływa łopatę, tworzy cienki obszar zwany „warstwą przyścienną”. Nowy profil celowo zaburza ten przepływ na krawędzi natarcia, tworząc zakłócenie, które – wbrew intuicji – ciągnie łopatę w górę, pomagając skuteczniej unieść wirnikowiec niż wcześniejsze konstrukcje. To jak potknięcie się naumyślnie, żeby złapać równowagę, tylko z większą ilością nauki.

Kolejnym wyzwaniem jest „przeciągnięcie”, gdy osiągi gwałtownie spadają, a lot staje się niestabilny po zmianie kąta przepływu powietrza. Łopaty Ingenuity doświadczały gwałtownego pogorszenia osiągów przy przeciągnięciu, ale w badanych warunkach projekt roamx-0201 wykazał znacznie lepsze zachowanie przy przeciągnięciu. To oznacza, że przyszłe helikoptery mogłyby bezpiecznie działać w szerszym zakresie kątów lotu – zawsze na plus, gdy lecisz w atmosferze o gęstości 1% ziemskiej i nie ma pomocy drogowej.

Choć technologia nie jest jeszcze gotowa na Marsa, testy pomagają inżynierom zrozumieć i rozwiązać rozbieżności między przewidywaniami obliczeniowymi a rzeczywistymi osiągami – lukę, która upokorzyła niejeden symulator. Trwające badania w NASA mają na celu umożliwienie bardziej wydajnych helikopterów marsjańskich, które mogą latać dalej, przenosić większy ładunek i otwierać nowe misje naukowe i odkrywcze. Bo skoro mamy eksplorować Marsa, to róbmy to ze stylem, zasięgiem i zdrową pogardą dla praw aerodynamiki, jakie znamy.