Бортинженеры НАСА подняли стрекозу

Отправив винтокрылый аппарат размером с автомобиль для исследования спутника Сатурна Титана, миссия НАСА «Стрекоза» совершит беспрецедентное путешествие с научными открытиями. И работа над тем, чтобы этот первый в своем роде проект мог реализовать свою амбициозную исследовательскую концепцию, ведется в некоторых из самых передовых национальных лабораторий космического моделирования и испытаний.

Запуск запланирован на 2028 год. Стрекоза Винтокрылый аппарат проектируется и строится в Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, при участии организаций со всего мира. По прибытии в 2034 году «Стрекоза» будет эксплуатировать Титан плотная атмосфера и низкая гравитация позволяют летать в десятки мест, исследуя различные среды: от органических экваториальных дюн до ударного кратера, где жидкая вода и сложные органические материалы, необходимые для жизни (по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем), могли существовать вместе.

Аэродинамические испытания

Когда в феврале начнется полная интеграция и тестирование винтокрылой машины, команда воспользуется огромным массивом данных, собранных в ходе важнейших технических испытаний, проведенных за последние три года, включая, совсем недавно, две кампании на Туннель трансзвуковой динамики (TDT) объект в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния.

TDT — это универсальный испытательный центр высотой 16 футов, шириной 16 футов и длиной 20 футов, в котором проводились исследования для НАСА, военного министерства, авиационной промышленности и ряда университетов.

В течение пяти недель, с августа по сентябрь, команда оценивала производительность роторной системы Dragonfly, которая обеспечивает подъемную силу для полета посадочного модуля и позволяет ему маневрировать, в условиях, подобных Титану, рассматривая аэромеханические факторы производительности, такие как нагрузка на рычаги несущего винта и влияние вибрации на лопасти несущего винта и корпус посадочного модуля. В конце декабря команда также завершила серию аэродинамических испытаний на моделях ротора Dragonfly меньшего размера в TDT.

«Когда «Стрекоза» войдет в атмосферу Титана и парашюты раскроются после того, как тепловой экран выполнит свою работу, роторы должны будут работать идеально с первого раза», — сказал Дэйв Пиатак, руководитель отдела аэроупругости НАСА в Лэнгли. “Нет права на ошибку, поэтому любые проблемы, связанные с динамикой конструкции или аэродинамикой транспортного средства, должны быть известны сейчас и проверены на земле. Благодаря Туннелю трансзвуковой динамики здесь, в Лэнгли, НАСА предлагает команде Dragonfly именно те возможности, которые нужны для сбора этих критически важных данных”.

Критические части

За три года работы слесарем-экспериментатором в APL Кори Пеннингтон создавал детали для проектов, реализуемых по всему миру. Но создать роторы для дрона, который будет исследовать другой мир в нашей Солнечной системе? Это было ново – и немного пугающе.

«Роторы — одни из самых важных частей Dragonfly», — сказал Пеннингтон. «Без роторов он не летает и не достигает своих целей на Титане».

Пеннингтон и его команда вырезали первые роторы Dragonfly 1 ноября 2024 года. Они совершенствовали процесс по ходу дела: начиная с водоструйной очистки 1000-фунтовых алюминиевых блоков, за которыми следовала черновая механическая обработка, установка крышки, сверление вентиляционных отверстий и нарезание резьбы. После проверки детали зачистили, отправили на сварку и вернули на чистовую отделку.

«У нас не было ни времени, ни материалов для изготовления тестовых деталей или дополнительных приспособлений, поэтому каждый разрез должен был быть правильным с первого раза», — сказал Пеннингтон, добавив, что команде также пришлось найти специальные инструменты и оборудование для внесения некоторых изменений в материалы и конструктивных изменений.

Команда смогла доставить детали на месяц раньше. Инженеры установили и протестировали роторы в APL, прикрепленные к полномасштабной модели, представляющей половину посадочного модуля Dragonfly, прежде чем в конце июля перевезти весь пакет в TDT в НАСА в Лэнгли.

«На Титане мы будем контролировать скорость различных роторов Dragonfly, чтобы стимулировать полет вперед, набор высоты, снижение и повороты», — сказал Фелипе Руис, ведущий инженер роторов Dragonfly в APL.

“Это сложная геометрия, связанная с условиями полета, которую мы все еще изучаем. Поэтому испытания в аэродинамической трубе являются для нас одним из наиболее важных мест для демонстрации конструкции”.

И несущие винты выдержали испытания.

«Испытания не только подтвердили подход команды разработчиков, мы будем использовать все эти данные для создания высокоточных представлений о нагрузках, силах и динамике, которые помогут нам с высокой степенью уверенности прогнозировать производительность Dragonfly на Титане», — сказал Рик Хейслер, руководитель испытаний в аэродинамической трубе из APL.

Затем роторы пройдут усталостные и криогенные испытания в смоделированных условиях Титана, где температура составляет минус 290 градусов по Фаренгейту (минус 178 градусов по Цельсию), прежде чем построить настоящие летные винты.

«Мы не просто режем металл — мы изготавливаем что-то, что отправится в другой мир», — сказал Пеннингтон. «Невероятно осознавать, что то, что мы построим, будет летать на Титане».

Сотрудничество, инновации

Элизабет «Зиби» Черепаха, главный исследователь Dragonfly в APL, говорит, что последняя работа TDT демонстрирует новаторство, изобретательность и сотрудничество миссии с правительством и промышленностью.

«В условиях ограниченного времени команда слаженно работала над разработкой решений, оценкой проектных решений, а также выполнением изготовления и испытаний», — сказала она. «До запуска в 2028 году еще многое предстоит сделать, но все, кто работал над этим, должны гордиться этими достижениями, которые позволяют Dragonfly летать на Титане».

Dragonfly с самого начала была совместной работой. Кеннет Хиббард, инженер систем миссии из APL, ссылается на опыт Университета штата Пенсильвания в области вертикальной подъемной силы в области первоначальной конструкции несущего винта, аэродинамического моделирования и анализа, а также поддержки испытаний в TDT, а также дозвукового туннеля НАСА в Лэнгли размером 14 на 22 фута. Компания Sikorsky Aircraft из Коннектикута также поддерживала испытания и анализ аэромеханики и аэродинамики, а также моделирование и симуляцию летного оборудования.

Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, возглавляет миссию «Стрекоза» для НАСА в сотрудничестве с несколькими центрами НАСА, отраслевыми партнерами, академическими институтами и международными космическими агентствами. Элизабет «Зиби» Черепаха из APL является главным исследователем. Dragonfly является частью программы НАСА «Новые рубежи», которой управляет Управление программы планетарных миссий Центра космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, для Управления научных миссий агентства в Вашингтоне.

Для получения дополнительной информации о миссии НАСА «Стрекоза» посетите:

https://science.nasa.gov/mission/dragonfly/

Майк Бакли
Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса

КОНТАКТЫ СМИ:

Карен Фокс / Молли Вассер
Штаб-квартира, Вашингтон
240-285-5155 / 240-419-1732
[email protected] / [email protected]

Джо Аткинсон
Исследовательский центр НАСА в Лэнгли, Хэмптон, Вирджиния
757-755-5375
[email protected]

Майк Бакли
Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса, Лорел, Мэриленд
443-567-3145
[email protected]