Wissenschaftler haben einen Gleiter entwickelt, der tagelang „wie ein Albatros“ über der Marsoberfläche schweben wird.
Das motorlose Segelflugzeug könnte verwendet werden, um nach dem Einsatz Daten über die Atmosphäre und Geologie auf dem Roten Planeten zu sammeln.
Es wiegt 5 kg und hat eine Flügelspannweite von 11 Fuß, die der des größten Seevogels der Welt entspricht.
Das Segelflugzeug kann von einem Miniatursatelliten zum Mars transportiert werden, bevor es seine zusammengeklappten Flügel ausbreitet und abhebt, wobei nur Windenergie für den Antrieb verwendet wird.
Sein einzigartiges Flugmuster ermöglicht es ihm, den Wind zu nutzen, um geologische Formationen auf dem Planeten wie Schluchten und Vulkane zu umfliegen.
Ein NASA-Planetenwissenschaftler und Luft- und Raumfahrtexperten an der Universität von Arizona haben einen Prototyp entwickelt, der von Ballons über einer Wüstenlandschaft, die das Marsgelände nachahmt, in die Erdatmosphäre gehoben wurde.
Projektleiter Dr. Alex Kling, ein Forschungswissenschaftler im Mars Climate Modeling Center der NASA, sagte: “Mit dieser Plattform konnte man einfach herumfliegen und auf diese wirklich interessanten, wirklich coolen Orte zugreifen.”
Das Team führte einen gefesselten Start einer frühen Version des Segelflugzeugs in Arizona, USA, durch, bei dem es an einem Ballon befestigt langsam zur Erde hinabstieg
Der Doktorand für Luft- und Raumfahrttechnik Adrien Bouskela (links) und der Ingenieurprofessor Sergey Shkarayev (rechts) halten ein experimentelles Segelflugzeug in der Hand. Die Forscher hoffen, dass die NASA eine „Catch a Ride“-Mission ihres Flugzeugs auf einem anderen Raumschiff zum Mars finanzieren wird
Die Segelflugzeuge werden eine Reihe von Navigationssensoren sowie eine Kamera und Temperatur- und Gassensoren enthalten, um Informationen über die Marsatmosphäre und -landschaft zu sammeln
Acht aktive Raumsonden umkreisen derzeit den Mars und erfassen Bilder seiner Oberfläche mit einer Auflösung von etwa einem Fuß pro Pixel.
Es gibt auch drei Rover, die den flachen, sandigen Boden durchqueren, wo sie sicher landen können, und kleine Gebiete mit größerer Präzision kartieren.
Aber was in den 200 Meilen dazwischen liegt – einschließlich Klimaprozesse und riesige geologische Merkmale wie Berge – ist für Wissenschaftler von Interesse und bedarf weiterer Untersuchungen.
Der Ingenuity Helicopter der NASA, der letztes Jahr auf dem Planeten stationiert wurde, soll diesen Raum erkunden, kann aber nur maximal drei Minuten am Stück fliegen.
Das in der Zeitschrift Aerospace beschriebene Segelflugzeug wird viel länger in der Luft bleiben und das Gebiet mit seinen Flug-, Temperatur- und Gassensoren sowie Kameras erkunden können.
Dr. Kling sagte: „Sie haben dieses wirklich wichtige, kritische Stück in dieser planetaren Grenzschicht, wie in den ersten paar Kilometern über dem Boden.
„Hier findet der gesamte Austausch zwischen Oberfläche und Atmosphäre statt.
“Hier wird der Staub aufgenommen und in die Atmosphäre geleitet, wo Spurengase gemischt werden, wo die Modulation großräumiger Winde durch Bergtalströmungen stattfindet, und wir haben einfach nicht viele Daten darüber.”
Vorschlag für den Einflug, den Abstieg und die Landung des Segelflugzeugs mit dem Mars 2020 Rover System
Das Segelflugzeug kann in die Marsatmosphäre entlassen werden und dann seine Flügel wie Origami entfalten
Das Team hofft, dass die NASA eine „Catch a Ride“-Mission des Segelflugzeugs auf einem anderen Raumschiff zum Mars finanzieren wird.
Die Flugzeuge können in CubeSats – winzigen Satelliten, nicht viel größer als ein Telefonbuch – transportiert werden, die von größeren Raumfahrzeugen eingesetzt werden können.
Sobald das Segelflugzeug in die Marsatmosphäre eingetreten ist, kann es freigelassen werden und beides entfalten wie Origami oder aufblasen wie ein Schwimmbeckenspielzeug.
Das US-Team hat umfangreiche mathematische Modellierungen für die Flugmuster der Segelflugzeuge basierend auf den Klimadaten des Mars durchgeführt.
Es wird verschiedene Flugmethoden verwenden, darunter einfaches statisches Segeln, wenn genügend vertikale Winde vorhanden sind, oder „dynamisches Segeln“.
Wie ein Albatros auf einer langen Reise nutzt das dynamische Segelfliegen aus, wie die horizontale Windgeschwindigkeit oft mit der Höhe zunimmt – ein Phänomen, das besonders häufig auf dem Mars vorkommt.
Das Segelflugzeug bewegt sich in einem S-förmigen Muster, ähnlich wie Skifahrer einen Berg hinabsteigen, während sie ihre Geschwindigkeit kontrollieren.
Aber anstatt das Segelflugzeug zu verlangsamen, hilft ihm jede Richtungsänderung, Geschwindigkeit zu gewinnen, wenn es in einem leichten Aufwärtswinkel fliegt, während es sich in langsamen, niedrigen Wind bewegt.
Wenn es den schnelleren Höhenwind erreicht, dreht es sich um 180 Grad und lässt sich vom Hochgeschwindigkeitswind in einem leichten Abwärtswinkel nach vorne treiben.
Wenn ihm die Energie ausgeht, wiederholt er den Vorgang – er schlängelt sich vorwärts, damit er bis zu Tage am Stück fliegen kann, während er Energie aus der Atmosphäre gewinnt.
Co-Autor Professor Jekan Thanga, ebenfalls aus Arizona, sagte: „Man muss es fast gesehen haben, um es zu glauben.“
Dynamisches Einfliegen; A: atmosphärische Grenzschicht (1 – Steigen in Luv, 2 – Wenden in großer Höhe, 3 – Sinken in Lee und 4 – Wenden in geringer Höhe), B: eine Scherschicht, die sich über der Leeregion entwickelt hat. Dies nutzt aus, wie die horizontale Windgeschwindigkeit oft mit der Höhe zunimmt
Das Betriebskonzept von zwei verschiedenen Segelflugzeugen (S1 und S2). Ihre einzigartigen Flugmuster ermöglichen es ihnen, den Wind zu nutzen, um geologische Formationen wie Schluchten und Vulkane zu umfliegen
Canyon-Explorationskonzept mit Dive-Pullout-Manöver, gefolgt von statischem oder dynamischem Soaring. Das Segelflugzeug kann geologische Daten sammeln, wo die anderen Raumschiffe nicht hinkommen
Auch die Möglichkeit, die Flugzeuge auf einem Ballon oder einem luftschiffartigen Zeppelin zu transportieren, wird von den Wissenschaftlern untersucht.
Dies würde einen langsamen Sinkflug ermöglichen und es ermöglichen, optimale Windverhältnisse auszunutzen – insbesondere in hochinteressanten Gebieten.
Die Segelflugzeuge könnten nach einem Flug möglicherweise sogar wieder an den Ballon oder das Zeppelin andocken und mehrere Expeditionen absolvieren.
Nach der Landung würden die Flugzeuge weiterhin Informationen über die Atmosphäre an das Raumschiff weiterleiten – im Wesentlichen zu Mars-Wetterstationen.
Überall auf der Erde gibt es Wetterstationen, die Meteorologen informieren, und alle Daten werden kontinuierlich an vorausschauende Computermodelle zurückgemeldet.
Jedes Segelflugzeug, das sich vom Fliegen zurückgezogen hat – ob es seine Erkundung wie geplant abgeschlossen hat oder etwas schief gelaufen ist – könnte zu einem Knoten in einem ähnlichen Netzwerk auf dem Mars werden.
Eine maßstabsgetreue Zeichnung von zwei Mars-Segelflugzeugen, die an einem Zeppelin montiert sind. Auch die Möglichkeit, die Flugzeuge auf einem Ballon oder einem luftschiffartigen Zeppelin zu transportieren, wird von den Wissenschaftlern untersucht
Erstautor Adrien Bouskela, ein Doktorand für Luft- und Raumfahrttechnik an der Arizona University, sagte: „Wenn uns die Flugenergie ausgeht – oder wenn unsere Trägheitssensoren aus irgendeinem Grund plötzlich ausfallen – erwarten wir, dass wir dann weiter Wissenschaft betreiben werden.
“Aus Sicht der Planetenwissenschaft geht die Mission weiter.”
In diesem Sommer sollen Prototypflugzeuge 15.000 Fuß über dem Meeresspiegel geflogen werden, wo die Atmosphäre dünner ist und die Flugbedingungen denen auf dem Mars ähnlicher sind.
Co-Autor Professor Sergey Shkarayev vom Micro Air Vehicles Laboratory in Arizona sagte: “Wir können die Erde als Labor zur Untersuchung des Fluges auf dem Mars nutzen.”
Es gibt noch mehr Forschung über Flugbahnen, mögliche Andocksysteme und mehr zu tun, aber es ist zu hoffen, dass eine Mission eher in Jahren als in Jahrzehnten kommt.