Ingenuity на Марсе: как устроен первый вертолет, покоривший другую планету

История вертолетостроения началась давно, но путь к Марсу был тернист. Первым управляемым полетом на другой планете могут похвастаться советские аэростаты над Венерой в 1985-м. Но посадить вертолет на Красную планету – задача иного масштаба. Представьте: атмосфера там невероятно разрежена, её плотность в 61 раз меньше земной. Это всё равно что пытаться взлететь на высоте 35 километров над Землей. Добавьте к этому ледяной холод до -63°C и вездесущую пыль, которая может забить механизмы и закрыть солнце от солнечных батарей. Сложно? Ещё бы.

Инженерам NASA пришлось буквально переизобрести полет. Главный вопрос: как получить подъемную силу в почти вакууме? Ответ – скорость. Лопасти должны вращаться невероятно быстро. Но здесь поджидала новая проблема: на таких оборотах кончики лопастей становятся сверхзвуковыми, что грозит катастрофическими вибрациями. Решение нашли в компании AeroVironment, которая ранее создала винтовой самолет Helios, летавший на рекордной высоте. Их опыт был бесценен.

Физика невозможного полета

Чтобы парить в марсианском «воздухе», винту Ingenuity пришлось вращаться с умопомрачительной скоростью – около 2400 оборотов в минуту. Для сравнения, земные вертолеты крутятся в 5-6 раз медленнее. Меньшая гравитация (на 62% слабее нашей) немного помогала, но основной упор был на бешеные обороты. Получается, Ingenuity летал в условиях, сравнимых с земной стратосферой на высоте 30+ километров. Вы представляете, что может там летать? Только специализированные стратостаты и реактивные истребители. Винтовой аппарат – это был вызов.

Но быстрое вращение в разреженной среде порождает коварный эффект Джанибекова (помните, как гайка кувыркалась на «Салюте»?). Чтобы соосные винты не начали хаотично «кувыркаться» в полете, на концы лопастей установили хитрые противовесы – углепластиковые конусы с вольфрамовыми шариками внутри. Это гениальная мелочь, обеспечившая стабильность.

Анатомия марсианского стрекоза

Конструкция получилась изящной и предельно функциональной. «Позвоночником» служит вертикальная мачта. Наверху – солнечная панель, дававшая драгоценные 40 ватт-часов в день (пока её не занесло пылью). Под ней – сердце аппарата: два соосных винта из углеволокна. А внизу – кубический корпус с «мозгами» и системой обогрева, спасавшей электронику от ледяных марсианских ночей.

Каждый винт приводил в движение уникальный электродвигатель. Их наматывали вручную под микроскопом, используя проволоку прямоугольного сечения, чтобы упаковать медь плотнее. КПД в 80% для таких условий – феноменальный результат. А чтобы двигатели не перегревались, между ними и корпусом проложили прослойку из алюминиево-бериллиевого сплава – отличный тепловой мост.

Мозги, которые умнее марсохода

А теперь самое интересное. Как управлять аппаратом, чьи винты обладают колоссальным моментом инерции? Стандартная для космоса «железка» RAD750 оказалась слишком тяжела и громоздка. Тогда инженеры пошли на риск. Они взяли… практически смартфонные процессоры! Бортовой компьютер Ingenuity – это куб из пяти плат с чипами Snapdragon 801 и Hercules. Суммарно его вычислительная мощность превысила возможности огромного марсохода Perseverance. Это был смелый шаг, и он блестяще окупился за три года работы.

Эта дерзость, возможно, навсегда изменит подход к электронике для планетарных миссий. Зачем тащить в космос архаичные, но стойкие чипы, если можно взять мощные современные и грамотно их защитить?

Эпилог, достойный легенды

Ingenuity прибыл на Марс в феврале 2021 года. Его скромная задача – доказать, что полет возможен. Он не просто доказал – он стал полноценным разведчиком, проложив путь для будущих крылатых исследователей. 72 полета вместо пяти запланированных. 17 километров пути. Его миссия официально завершилась в 2024-м после повреждения лопасти, но даже это не конец.

Инженеры отправили ему последнее обновление. Теперь Ingenuity – стационарная научная станция. Каждый марсианский день он будет просыпаться, проверять системы, следить за температурой и пылью, делать снимки. Все данные он будет бережно хранить на своей памяти. Её объема хватит на два десятилетия. Кто знает, может, однажды эти записи заберут первые люди, ступившие на Марс. И маленький вертолет, переживший свой срок в десятки раз, станет для них молчаливым летописцем эпохи первопроходцев. По-моему, это красивая история.