Mars Ingenuity поднимает удивительное количество пыли каждый раз, когда приземляется

Нет никакого способа приукрасить это: у Марса есть «проблема пыли». Поверхность Красной планеты покрыта твердыми частицами, состоящими из крошечных кусочков кремнезема и окисленных минералов. Во время марсианского лета в южном полушарии планета испытывает пыльные бури, которые могут охватывать всю планету. В другое время года пылевые вихри и пыльное небо представляют собой постоянную проблему. 

Эта опасность затронула роботов-исследователей, которые полагаются на солнечные батареи для зарядки своих батарей, таких как марсоход НАСА Opportunity и посадочный модуль InSight, которые завершили свои миссии в 2018 и 2022 годах соответственно. Марсианская пыль также была постоянной проблемой для вертолета Ingenuity, винтокрылого аппарата, который исследует Марс вместе с марсоходом NASA Perseverance с февраля 2021 года.

Используя эти данные, группа исследователей (при поддержке НАСА) завершила первое реальное исследование динамики марсианской пыли, которое будет поддерживать миссии на Марс и Титан (крупнейший спутник Сатурна) в этом и следующем десятилетии.

Изучать динамику пыли на другой планете сложно из-за больших расстояний и задержек связи. В результате исследователи полагаются на вычислительную гидродинамику (CFD) для моделирования того, как пыль ведет себя во внеземной среде, исходя из местных условий. 

«Есть причина, по которой пилоты вертолетов на Земле предпочитают приземляться на вертолетные площадки. Когда вертолет приземляется в пустыне, его нисходящий поток может поднять достаточно пыли, чтобы вызвать «затемнение» при нулевой видимости, а Марс фактически представляет собой одну большую пустыню. Космос — среда с недостаточным объемом данных. Трудно отправлять видео и изображения обратно на Землю, поэтому нам приходится работать с тем, что мы можем получить», - пояснил один из авторов исследования Джейсон Рабинович из Технологического института Стивенса.

Исследовательская группа Рабиновича изучает взаимодействие шлейфа с поверхностью во время спуска космического корабля с двигателем. Они также моделируют надувание сверхзвукового парашюта, движение малых спутниковых гибридных ракет и геофизические явления. Это включает в себя «ярданги», особенность, встречающуюся на Земле и Марсе, где выступающие скалы вырезаются в результате двойного действия истирания ветром пылью и песком и удаления рыхлого материала турбулентностью ветра. Рабинович работает с NASA JPL и программой Ingenuity с 2014 года, создавая первые теоретические модели пыли, поднимаемой вертолетами на Марс.

Ради своего исследования Рабинович и его товарищи по команде использовали передовые методы обработки изображений для извлечения информации из видео с низким разрешением шести полетов вертолета Ingenuity, снятых Perseverance. Выявив крошечные различия между видеокадрами и интенсивностью света отдельных пикселей, Рабинович и его коллеги рассчитали размер и массу облаков пыли, которые вертолет поднимал во время взлета, зависания и посадки. Результаты были поразительно похожи на модели, созданные им и его коллегами в 2014 году.

В частности, по их оценкам, Ingenuity поднимал примерно одну тысячную своей массы каждый раз. Это во много раз больше пыли, чем винтокрылый аппарат аналогичной массы мог бы произвести здесь, на Земле, в результате того, что марсианская гравитация составляет примерно 40% от земной, а атмосферное давление составляет менее половины процента. Однако, учитывая остающиеся неясности, Рабинович и его товарищи по команде с осторожностью относятся к прямым сравнениям.

Это исследование приведет к лучшему пониманию марсианских пыльных бурь, что поможет НАСА расширить будущие миссии, основанные на солнечной энергии. Это также может помочь с методами входа, спуска и посадки (EDL) всякий раз, когда чувствительному оборудованию необходимо приземлиться на пыльную поверхность Марса — например, в миссии NASA / ESA Mars Sample Return (MSR). Это также может привести к лучшему пониманию роли пыльных бурь в метеорологических явлениях, общих для Земли и Марса.

Это также окажется полезным для планировщиков миссий, работающих над миссией НАСА Dragonfly, ядерным квадрокоптером, который к 2027 году отправится к Титану (крупнейшему спутнику Сатурна). Для любых небесных тел, имеющих атмосферу, ветровую эрозию и большое количество твердых частиц. на их поверхности такие исследования окажутся бесценными, когда придет время готовить миссии для их изучения.