Рой ионных «аэроботов» SPARK может исследовать пещеры Титана

Сферические «аэроботы», возможно, однажды заполнят пещеры Титана — спутника Сатурна, который NASA называет одним из самых похожих на Землю в Солнечной системе. Титан покрыт реками, озёрами и морями из углеводородов, таких как метан и этан, а также необычным «карстовым» рельефом с подземными воронками и пещерами. Ни один ровер не сможет легко пересечь такую поверхность, а вот летающие аппараты могут добиться большего успеха.

Новый грант в рамках ранней программы NASA Innovative Advanced Concepts направлен на создание небольших летающих аппаратов, способных исследовать эти пещеры. Пока неясно, успеют ли аэроботы, получившие название SPARK (Solid-state Propulsion for Autonomous Reconnaissance of Karst), к миссии NASA Dragonfly к Титану, рассказал руководитель проекта Дэниел Дрю, доцент Гавайского университета в Маноа. SPARK начинает девятимесячный грант Фазы 1, а для «более реалистичного» запуска нужно пройти как минимум двухлетнюю Фазу 2. Dragonfly планируется к старту в 2028 году, и если миссию задержат, появится больше возможностей для добавления аппаратов на позднем этапе. «Где это совпадает с текущим графиком миссии к Титану, если мы уже пропустили окно Dragonfly? Не знаю, — сказал Дрю. — Но когда бы миссия ни стартовала, у SPARK хорошие шансы хорошо показать себя на Титане с его новыми ионными двигателями».

Дрю заявил, что его конструкция способна «обеспечить продолжительность, манёвренность, устойчивость к сложным почти криогенным условиям и свести к минимуму возмущение потока, которое могло бы нарушить научно важные углеводородные слои». Он надеется, что SPARK станет первопроходцем в исследовании пещер на Титане, как вертолёт Ingenuity на Марсе, совершивший 72 полёта — более чем в десять раз больше, чем предполагалось для демонстрационной миссии.

Дрю занимается особым типом ионных двигателей — электрогидродинамической тягой — ещё с аспирантуры в Калифорнийском университете в Беркли. Отчасти благодаря стипендии Национального научного фонда он исследовал разные конструкции для полёта и заинтересовался роботами, машущими крыльями, как живые существа. В процессе он «практически случайно» наткнулся на сообщество любителей «лифтеров». «Это треугольные прототипы из бальзового дерева, магнитного провода и алюминиевой фольги. Их подключают к 40 000 вольт от обратноходового трансформатора, вытащенного из микроволновки или ЭЛТ-монитора, и они парят над столом. На YouTube полно примеров», — рассказал он. Архивные поиски выявили ранние эксперименты NASA и ВВС, похожие на любительские, а по совпадению NIAC выделила грант другой группе из Массачусетского технологического института, заинтересованной в использовании EHD-тяги для земных летательных аппаратов.

«Короче говоря, я ухватился за эту идею, — сказал Дрю, — и написал серию статей, где создал микрообработанные сантиметровые летающие роботы с атмосферными ионными двигателями». Среди его достижений до гранта NIAC — первая демонстрация микрообработанных EHD-актуаторов и первый сантиметровый «ионолёт», взлетевший с полезной нагрузкой. «Недавно мы опубликовали конструкцию и взлёт первого микро-ховеркрафта с ионной тягой», — добавил он, сославшись на статью на arXiv.

С поддержкой NIAC Дрю надеется глубже изучить преимущества EHD-тяги: масштабируемость, почти полную бесшумность и простоту, поскольку твёрдотельная конструкция содержит меньше деталей. Применения могут быть и за пределами Титана — полностью электрические самолёты, комнатные дроны и мини-летающие рои, но полезность будет ограничена. «Огромный недостаток в том, что это просто не очень эффективно, — сказал он. — Без серьёзного прорыва невозможно конкурировать с обычными движителями, такими как винты и реактивные двигатели, для подавляющего большинства земных применений».

Поскольку Фаза 1 длится всего около девяти месяцев, Дрю и его коллеги, включая Этана Шалера и Джейкоба Израэлевица из Лаборатории реактивного движения NASA, а также Майкла Маласку из Blue Marble Space Institute of Science, планируют быстро спроектировать эксперименты, провести «сравнительный анализ» приоритетных подсистем и смоделировать тепловые эффекты в энергосистеме. «Думаю, идея "стоять на плечах гигантов" глубоко укоренена в культуре NIAC, — заметил Дрю. — Наш главный вклад в конце процесса — всесторонний публичный отчёт. Опора на прошлые отчёты и открытые исследования критически важна для хорошей работы».

Источники:
Материал подготовлен на основе интервью Дэниела Дрю изданию Space.com, информации NASA о программе NIAC и миссии Dragonfly, а также препринта о первом ионном микро-ховеркрафте.