NASA är igång igen och pillar på framtidens flygning på Mars – för tydligen räckte det inte att flyga en helikopter på en annan planet en gång. Forskare utvecklar rotorblad som kan låta framtida Mars-helikoptrar flyga högre, längre och i allmänhet visa upp sig mer än den käcka lilla Ingenuity, som skrev historia som det första motordrivna luftfartyget att flyga på en annan planet. SkyFall-uppdraget, planerat att skjutas upp 2028, kommer att skicka en trio helikoptrar till Mars och bygga vidare på det arvet med blad designade för den röda planetens besvärliga tunna atmosfär – med en krökt kant som påminner om, men skiljer sig från, blad som används på jorden. För varför göra det enkelt?

Det verkliga nöjet börjar med det okonventionella: tunnare, vassare blad som kan utöka räckvidden för en enskild flygning för uppdrag efter SkyFall. Ett team vid NASAs Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley, som arbetar med Imperial College London och Nagoya University i Japan, har testat en ny bladprofil – eller vingprofil – döpt till roamx-0201. Med hjälp av avancerade simuleringar och algoritmer anpassade för Mars-förhållanden landade de i en tunnare, asymmetrisk form som lovar att avsevärt förbättra den aerodynamiska prestandan. Vindtunneltester bekräftade att designen inte bara förbättrade prestandan utan också återhämtade sig bättre under riskfyllda flygförhållanden. För inget säger 'bra design' som att överleva den aerodynamiska motsvarigheten till en dålig dag.

Siffrorna är imponerande: högupplösta simuleringar visade att de omdesignade bladen kunde utöka den sträcka som tillryggaläggs i en oavbruten flygning från Ingenuitys 0,7 kilometer till så mycket som 18,7 kilometer – samtidigt som de bär vetenskapliga instrument. Det är en ökning med ungefär 26 gånger, eller ungefär avståndet från NASA:s högkvarter till en anständig kopp kaffe. Resultaten tillkännagavs i en artikel publicerad den 22 september i tidskriften för American Institute of Aeronautics and Astronautics, vilket förmodligen är dit aerodynamiker går för att skryta.

Så varför fungerar dessa blad så bra? Delvis för att de kan arbeta längre vid högre hastigheter innan de når 'drag divergence' – ett fenomen där prestandan plötsligt sjunker när rotorn närmar sig ljudets hastighet, vilket på Mars är lägre än på jorden. Tänk på det som den aerodynamiska motsvarigheten till att träffa en potthål i motorvägsfart. Roamx-0201-bladen skiljer sig också i hur de använder turbulens för att skapa lyftkraft. När luft strömmar över ett blad bildas en tunn region som kallas 'gränsskiktet'. Den nya vingprofilen stör medvetet det flödet vid framkanten för att skapa en störning som, kontraintuitivt, drar bladet uppåt – vilket hjälper rotorcraften att lyfta mer effektivt än tidigare konstruktioner. Det är som att snubbla med flit för att hitta balansen, fast med mer vetenskap.

En annan utmaning är 'stall', där prestandan sjunker kraftigt och flygningen blir instabil efter en förändring i luftflödets vinkel. Ingenuitys blad upplevde brant prestandaförsämring vid stall, men under de studerade förhållandena visade roamx-0201-designen betydligt förbättrat stallbeteende. Det innebär att framtida helikoptrar säkert kan flyga vid ett bredare spektrum av flygvinklar – alltid ett plus när man flyger i en atmosfär som är 1 % så tät som jordens och det inte finns någon vägassistans.

Även om tekniken ännu inte är redo för Mars, hjälper testerna ingenjörerna att förstå och lösa skillnader mellan beräkningsförutsägelser och verklig prestanda – en klyfta som har ödmjukat många simuleringar. Pågående forskning inom NASA syftar till att möjliggöra effektivare Mars-helikoptrar som kan flyga längre, bära mer nyttolast och öppna nya vetenskapliga och upptäcktsuppdrag. För om vi ska utforska Mars kan vi lika gärna göra det med stil, räckvidd och en sund ignorans för aerodynamikens lagar som vi känner dem.