211service.com
Fremtiden til Mars-utforskningen kan hvile på et seilfly
NASA/JPL-Caltech
I løpet av de siste tiårene har Mars blitt den mest utforskede planeten i solsystemet (etter Jorden). Den har vært vert for dusinvis av besøkende. Faktisk opererer åtte oppdrag for tiden på og rundt den røde planeten. Den eldste av disse ankom i 2001 – Mars Odyssey orbiter, som forventes å forbli operativ til 2025. Flere oppdrag er planlagt ettersom NASA, og kanskje andre romorganisasjoner, jobber mot målet om å returnere Mars-prøver til jorden og til slutt sende mennesker.
Begge disse målene vil kreve mye mer detaljerte kart over bakken. Rovers gir denne typen detaljer, men kan reise bare noen få meter om dagen. NASAs Opportunity-rover reiste imponerende 45 kilometer (28 miles) under oppdraget, men tok nesten 15 år å gjøre det.
Så planetariske forskere leter etter måter å utforske planetens overflate raskere. En idé er å skyte et fly inn i Mars-atmosfæren med en motor som er i stand til å holde det oppe. Et slikt oppdrag kan dekke store avstander, men vil være dyrt og koste oppover 350 millioner dollar.
En billigere tilnærming er å piggyback på et større oppdrag. Så en annen idé er at en Mars-rover skal bære et quadcopter som kan kartlegge området rundt. Men slike flyvninger vil være korte og av begrenset rekkevidde.
Det som trengs er et kjøretøy som er lite nok til å kjøre med på et annet oppdrag og som likevel er i stand til å dekke store avstander.
I dag sier Adrien Bouskela, Aman Chandra og kolleger ved University of Arizona at de har utviklet nettopp et slikt oppdrag. Ideen deres er å lansere et udrevet glider inn i Mars-atmosfæren og holde det oppe ved å bruke termiske oppstrømninger – stigende søyler med varm luft – for å oppnå høyde. Seilflyet vil være oppblåsbart og i stand til å pakkes inn i et volum som er lite nok til å bæres som en sekundær nyttelast på et større oppdrag til Mars.
Først litt bakgrunn. Romfartøyet som for tiden går i bane rundt Mars er i stand til å ta bilder med en oppløsning på 30 centimeter per piksel. Planetforskere setter disse gradvis sammen til et relativt høyoppløselig kart over Mars-overflaten.
Men de trenger bilder med høyere oppløsning for å planlegge fremtidige landeroppdrag. Til nå har de fleste rovere landet på relativt flate sletter, hvor sjansene for å treffe en steinblokk eller krater er små. Disse områdene har en tendens til å være mindre interessante vitenskapelig. I stedet vil planetgeologer elske å besøke dalene og høydedragene som ser ut til å være formet av vann. Å lande trygt på slike steder vil kreve bilder som er i stand til å løse opp små steiner og kratere som kan skade fartøyet ved sammenstøt.
Landere gir denne typen detaljer, og er i stand til å ta bilder med en oppløsning på 1 centimeter per piksel over 100-metersområdet rundt dem. Men de er ikke i stand til å reise de enorme avstandene som er nødvendige for å nå områder av interesse. Det er grunnen til at forskere har rettet oppmerksomheten mot flygende maskiner.
Å fly på Mars er en vanskelig forretning. Mens tyngdekraften er lav, omtrent en tredjedel av jordens, er atmosfæren bare en hundredel så tett. Det gjør det vanskelig å generere løft.
Så den nye gliderens vinger må være enorme i forhold til vekten. Seilflyet vil bære et 5-megapiksel kamera, et radiokommunikasjonssett, en innebygd datamaskin og et sett med solcellepaneler med batterier for å lagre nok strøm i løpet av dagen til å holde den i live om natten. Bouskela og co beregner at i tillegg til de oppblåsbare vingene og roret, vil glideren veie 5 kilo—omtrent massen til en kongeørn.
De fortsetter med å beregne at for å holde denne massen oppe, må vingene ha et spenn på nesten 6 meter (20 fot) og fly med hastigheter på rundt 100 meter per sekund. Til sammenligning kan kongeørn holde seg oppe på jorden med et vingespenn på 2 meter mens de flyr med 15 meter per sekund.
Seilflyet vil utplasseres under hovedoppdragets inntog i Mars-atmosfæren og bli kastet ut fra hovednyttelasten i en høyde på omtrent 2 kilometer. En nitrogengenerator vil blåse opp og sette under trykk på glideren på mindre enn 10 sekunder, og vingene vil stivne i løpet av den neste timen eller så ettersom de herdes av Mars-sollyset.
Oppblåsbar teknologi som dette er allerede testet på Mars. Både Mars Pathfinder-landeren og Mars MER-rovere stolte på kollisjonsputer som blåste seg opp når fartøyet gikk ned gjennom atmosfæren og deretter dempet deres sammenstøt med bakken. De utvikles også for små satellitter som kommunikasjonsantenner, sier Bouskela og co.
En viktig del av oppdraget vil være den autonome evnen til å utnytte stigende strømmer i Mars atmosfære. Slike systemer på jorden har vist evnen til å holde seg oppe i uker eller måneder.
Hvis Mars har en vindprofil som jordens - det vil si en lignende endring i vindhastighet med høyden - bør en lignende tilnærming også fungere på den røde planeten. Faktisk har teamet laget numeriske simuleringer av denne typen flyvninger på Mars.
Resultatene tyder på at denne typen autonom sveving kan holde seilflyet oppe i lange perioder forutsatt at det er en stor nok endring i vindhastighet med høyden. Mer arbeid vil være nødvendig for å avgjøre om det faktisk er tilfelle på Mars gjennom året og over overflaten.
Likevel kan selv noen få timers flytur generere verdifulle data. Kameraet ombord ville ha en bakkeoppløsning på rundt 10 centimeter, og med en hastighet på 100 meter i sekundet kunne seilflyet dekke mange hundre kilometer. Seilflyet ville sende bildene til en kretsende reléstasjon som Mars Reconnaissance Orbiter, som deretter ville sende dem hjem.
Et slikt oppdrag kan kaste lys over en rekke enestående Mars-mysterier. En av disse er de forvirrende linjene som dannes på noen skråninger fra Mars når de varmes opp når sommeren kommer. Disse antas å være skapt av strømmen av saltvann, men det er desperat behov for bedre observasjoner.
Seilflyet kan også hjelpe med å finne ut potensielle landingsplasser for fremtidige oppdrag. Mars-seilflykonseptet som er foreslått her, gir en helt ny vei for å akselerere utforskningen av Mars-overflaten til en brøkdel av prisen for tidligere Mars-flykonsepter, sier Bouskela og co.
En ting laget imidlertid mangler, er en følelse av Hollywood. De mest vellykkede oppdragene er ofte de som produserer ikoniske bilder. Tenk på Neil Armstrong som står ved et amerikansk flagg på overflaten av månen, eller Elon Musks stjernemann som kjører en Tesla forbi planeten Jorden. Slike bilder spiller en langt større rolle i den offentlige oppfatningen av suksess enn noe dataplott.
Det denne glideren trenger er et lite vidvinkelkamera på haleroret eller vingespissen som vil sende tilbake bilder av selve kjøretøyet under flukt. Pengeskuddet ville være seilflyet som svever over Valles Marineris - Mars' Grand Canyon - med en Mars-sol plassert over en fremmed horisont og kanskje en lyseblå prikk i nærheten. Faktisk har teamet laget et bilde akkurat som dette for å promotere kjøretøyet sitt!
Neil Armstrongs image kostet en betydelig del av den amerikanske økonomien. Så til en pris på bare 36 millioner dollar – kyllingfôr for Mars-oppdragsplanleggere – vil dette Mars-gliderbildet virke ganske god valuta for pengene. Og hvis Bouskela og co forventer at den amerikanske offentligheten skal betale for dette oppdraget, er det minste de kan gjøre å sende et bildepostkort hjem.
Ref: https://arxiv.org/abs/1902.02083 : Holdningskontroll av et oppblåsbart seilfly for Mars-utforskning