Der Mars-Helikopter der NASA öffnet die Tür zum Fliegen auf anderen Welten

Diese Missionen stehen vor gewaltigen technologischen Hürden, sagt Theodore Zanetos, ein Ingenieur am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Das Fliegen auf anderen Welten erfordert extrem leichte Materialien, unabhängige Navigation und Anpassung an extreme Temperaturen und unterschiedliche Atmosphären. „Bei großen fliegenden Fahrzeugen wird es komplizierter“, sagt Herr Zanetos. „Wie bekommst du es dorthin? Wie machst du es zuverlässig?“

Aber wenn er und seine Raketenwissenschaftler es schaffen, werden wir bald wie nie zuvor das Sonnensystem bereisen.

„Es gibt viele Dinge, die man mit Luftmobilität machen kann, die man mit einem Lander oder Rover nicht machen kann“, sagt Jeff Landis, Physiker am John Glenn Research Center der NASA in Cleveland. „Wenn Sie globale Erkundungen vom Pol bis zum Äquator durchführen wollen, brauchen Sie etwas, das fliegen kann.“

Der Einfallsreichtum der NASA hat die Erwartungen darüber, was ein Hubschrauber auf anderen Planeten erreichen kann, zunichte gemacht. Als Low-Budget-Techdemo angekündigt und für nur fünf Flüge geplant, ist dieser kleine Rover bisher Dutzende Male in den Marshimmel geflogen. Ingenuity hat bewiesen, dass Miniaturkomponenten und große Antirotationsrotorblätter einen kontrollierten Flug in einer Atmosphäre ermöglichen, die 1/100 der Dichte der Erde beträgt. Unterwegs habe ich eingereicht Beispiellose Luftaufnahmen Von der Oberfläche des Roten Planeten und der Unterstützung einer nahe gelegenen NASA-Sonde.

Der bahnbrechende Einfallsreichtum veranlasste die NASA, Pläne aufzugeben, ein ESA-Raumschiff zum Mars zu schicken, um zwischengespeicherte Bodenproben von Perseverance zu transportieren, damit sie zur Analyse zur Erde zurückgebracht werden konnten. Jetzt sagt die Agentur, dass sie 2028 ein Paar neuer Prismen im Ingenuity-Stil auf den Markt bringen wird, die jeweils mit vier Rädern und einem Greifarm zur Unterstützung ausgestattet sind. Sammeln Sie Proben.

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Herr Zanetos konzipierte auch einen größeren Hubschrauber mit sechs Rotoren anstelle der zwei, die er entwickelt hatte. Der Mars Science Helicopter, wie der Rover genannt wird, kann bis zu 10 Pfund an Instrumenten tragen.

Dann ist da Libelle, ein atomgetriebener Hubschrauber, der am Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland, entwickelt wird. Im Jahr 2027 plant die NASA, Dragonfly in Richtung Titan zu starten, wo die Atmosphäre viermal dichter ist und die Schwerkraft etwa ein Siebtel der der Erde beträgt. Unter diesen Bedingungen sollte ein bescheidener Schub der acht Rotoren von Dragonfly ausreichen, um ein Wissenschaftslabor von einer halben Tonne in den Himmel zu schicken.

„Titan hat gerade nach Flugreisen gerufen“, sagt Elizabeth „Zippy“, die APL-Schildkröte, APL-Planetenwissenschaftlerin und Hauptforscherin der Dragonfly-Mission.

Dragonfly soll etwa drei Jahre lang einmal im Monat in die Luft gehen und bis zu 10 Meilen pro Flug zurücklegen, um eine Landschaft zu erkunden, die mit Seen aus flüssigem Methan, eisigen Felsen und Sanddünen aus Teerkörnern übersät ist. Jedes Mal, wenn er an einem neuen Ort landet, wird der Oktokopter mit seinen Instrumenten die lokale Umgebung beurteilen und nach Kohlenstoffverbindungen suchen, von denen Wissenschaftler glauben, dass sie Vorboten des Lebens sein könnten. Wenn ein Standort besonders interessant erschien, sammelte Dragonfly mit zwei Bohrern Proben von der Oberfläche.

„Wir wollen die chemischen Schritte verstehen, die auf Titan ablaufen, die möglicherweise den frühen chemischen Schritten hier auf der Erde ähneln“, bevor die ersten Organismen auftauchten, sagt Dr. Turtle.

Monden und anderen kleinen Körpern im Sonnensystem fehlt jede nennenswerte Atmosphäre, was bedeutet, dass das Fliegen eines geflügelten Fahrzeugs dort unmöglich ist. Luftfahrtingenieure entwickeln unermüdlich Flugmaschinen, die auch für diese Welten entwickelt wurden.

Als Doktorand am MIT im Jahr 2021 entwickelte Oliver Gea Richards ein Konzept für ein Segelflugzeug, das die Erde elektrisch auflädt und sie von ihr abstößt, wie zwei Magnete, die gegeneinander drücken. Jetzt testet Dr. Gia Richards, eine Luftfahrtingenieurin an der University of Michigan, weiterhin die Komponenten eines fliegenden Segelflugzeugs. stell dir vor a Zwei-Pfund-Explorer in Untertassenform Es kann an windstillen Orten reibungslos über unwegsames Gelände fliegen.

Dr. Landis von der NASA hat sich Null-Atmosphäre-Flieger vorgestellt, die noch mehr Durchschlagskraft haben und von Raketentriebwerken angetrieben werden. In der Lage, Dutzende von Kilometern auf einmal zurückzulegen, könnten diese „Hopper“ nach lokalen Ressourcen suchen, sodass sie keine Treibstoffe von der Erde tragen müssen. Auf Pluto zum Beispiel „können wir Stickstoffeis sammeln, aufheizen und damit unsere Rakete betanken“, sagt Dr. Landis.

Die Venus stellt Flugmaschinen vor die entgegengesetzte Herausforderung: Eine extrem dichte Atmosphäre drückt auf die Oberfläche mit einem Druck, der 3.000 Fuß unter Wasser auf der Erde entspricht. Die Temperaturen der Erde auf der Venus bewegen sich um 900 Grad Fahrenheit. Kein Helikopter, Segelflugzeug oder Hopper hält dort lange durch.

Die von Paul Byrne, einem Planetenwissenschaftler an der Washington University in St. Louis, vorgeschlagene Lösung besteht darin, eine höhenverstellbare Ballonsonde zu bauen und sie 35 Meilen über der Oberfläche der Venus zu platzieren, wo Temperaturen und Drücke überraschend erdähnlich sind. Der sogenannte Erobot wird eine mit Helium gefüllte Hochdruckkammer haben, um den Auftrieb aufrechtzuerhalten, umgeben von einer Niederdruckkammer, die sich ausdehnt oder zusammenzieht, um die Höhe des Fahrzeugs zu ändern, Stürme zu vermeiden und Hitze nach Bedarf zu vermeiden.

Dr. Byrne arbeitet mit einem Team des Jet Propulsion Laboratory und der Near Space Corp. in Tillamook, Oregon, zusammen, um einen Prototyp des Flugzeugs in der Größe eines Drittels zu entwickeln. Im Juli flog er erfolgreich Über der Black Rock Desert in Nevada. Dr. Byrne arbeitet jetzt an einem Vorschlag für eine Version in voller Größe, die einer riesigen silbernen Erdnuss ähneln würde, etwa 45 Fuß breit und 60 Fuß lang.

Ingenieure schlagen vor, dass eine Fliege monatelang über den Wolken der Venus fliegen und eines der größten Rätsel des Sonnensystems lösen könnte: Warum wurde die Venus zur Hölle, während die Erde fruchtbar wurde, obwohl die Planeten in Größe und Zusammensetzung so ähnlich sind? Könnte unserem Planeten dasselbe Schicksal bevorstehen? „Wenn es fliegen würde, würden wir die Lehrbücher neu schreiben – für Venus, Erde und Gesteinsplaneten im Allgemeinen“, sagt Dr. Byrne.

Die MIT-Astronomin Sarah Seager fragt sich, ob das alte Leben auf der Venus in Wolken Zuflucht gesucht hat und ob es heute noch existiert. Ich half bei der Planung einer Mission, um das herauszufinden. Es wird eine mit Raketen ausgestattete Drohne zur Venus schicken, um sie einzusammeln Wolkenproben und zur Analyse zur Erde zurückbringen.

Andererseits werden vielleicht Wissenschaftler stattdessen dorthin gehen. Dr. Landis sagt, dass riesige Luftschiffe bemannte Missionen zur Venus ermöglichen könnten. Wenn er in die Zukunft blickt, kann er sich Luftstädte auf dem Planeten vorstellen, in denen Menschen in sauerstoffreichen Lebensräumen leben, die über der dichten Atmosphäre schweben.

„Sie können auf der Venus wahrscheinlich einfacher eine Siedlung aufbauen als fast überall sonst im Sonnensystem“, sagt er.

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