Projetos experimentais de lâminas de helicóptero em Marte da NASA visam voos mais longos

Os investigadores da NASA estão a desenvolver o futuro dos voos em Marte, estabelecendo as bases para helicópteros com a capacidade de voar mais alto e mais longe enquanto conduzem ciência no Planeta Vermelho. Usando simulações computacionais de alta fidelidade e testes em túnel de vento, os engenheiros estão reimaginando as pás dos helicópteros que poderiam transportar a próxima geração de voadores de Marte.
da NASA Criatividade O helicóptero fez história como a primeira aeronave motorizada a voar em outro planeta. O queda do céu A missão, com lançamento previsto para 2028, baseia-se nesse legado com um trio de helicópteros destinados à exploração de Marte. Ambas as missões utilizam uma lâmina projetada para operar na fina atmosfera de Marte, com uma borda curva que lembra, mas é distinta das lâminas usadas na Terra.
Os pesquisadores estão explorando designs de lâminas não convencionais, mais finas e afiadas, com o objetivo de permitir que futuras missões após o Skyfall expandam seu alcance de voo único em Marte. Uma equipe do Centro de Pesquisa Ames da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia, está trabalhando com o Imperial College London, no Reino Unido, e a Universidade de Nagoya, no Japão, para testar uma nova seção transversal da lâmina, ou aerofólio, que promete aumentar significativamente o desempenho aerodinâmico em Marte.
Os pesquisadores projetaram o novo aerofólio, chamado roamx-0201, usando simulações e algoritmos avançados ajustados às condições de Marte, apontando os pesquisadores para uma forma mais fina e assimétrica. Testes subsequentes em túnel de vento mostraram que o design otimizado melhorou o desempenho e foi mais capaz de se recuperar em condições de voo arriscadas.
Os pesquisadores usaram ferramentas de simulação de alta fidelidade para analisar o desempenho do aerofólio roamx-0201 e compará-lo com a capacidade do Ingenuity. Eles descobriram que as pás redesenhadas poderiam permitir que os futuros helicópteros de Marte expandissem as distâncias que podem ser percorridas em um voo ininterrupto, dos 0,7 quilômetros do Ingenuity para até 18,7 quilômetros, carregando instrumentos científicos. As descobertas foram anunciadas em um artigo publicado 22 de setembro na revista do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica.
As pás roamx‑0201 tiveram um bom desempenho, em parte porque foram capazes de operar por mais tempo em velocidades mais altas antes de experimentarem um fenômeno conhecido como “divergência de arrasto”, onde o desempenho cai repentinamente quando os rotores se aproximam da velocidade do som, que é mais baixa em Marte do que na Terra.
A nova lâmina também difere dos designs anteriores na forma como usa a turbulência para criar sustentação. À medida que o ar flui sobre a pá de um helicóptero, ele forma uma região fina chamada “camada limite”. O novo aerofólio interrompe intencionalmente o fluxo daquela camada limite na frente do aerofólio, diretamente na borda de ataque, para criar uma perturbação que, contra-intuitivamente, puxa a pá para cima para ajudar a levantar o helicóptero de forma mais eficaz do que com projetos anteriores.
Outro desafio para os helicópteros é o “estol”, uma condição aerodinâmica na qual o desempenho cai drasticamente e o vôo se torna instável após uma mudança no ângulo do fluxo de ar. As lâminas do Ingenuity sofreram uma degradação acentuada do desempenho no estol, mas nas condições estudadas, o projeto do roamx-0201 mostrou um comportamento de estol significativamente melhorado. Isso significa que os futuros helicópteros poderão operar com segurança em uma ampla gama de ângulos de vôo.
Embora a tecnologia ainda não esteja pronta para Marte, os testes estão a ajudar os engenheiros a compreender e resolver discrepâncias entre as previsões computacionais e o desempenho no mundo real. A pesquisa em andamento na NASA visa permitir helicópteros de Marte mais eficientes, que possam voar mais longe, transportar mais carga útil e desbloquear novas missões científicas e de descoberta.