Як український Mars Hopper переміг у номінації NASA: 10 ключових особливостей проекту

Український етап NASA SpaceApps Challenge, який відбувся 24 квітня у Києві, відкрив шлях українській команді “Mars Hopper” до повної перемоги у номінації “Приз глядацьких симпатій”.

NASA SpaceApps Challenge вперше відбувся в Україні 24 квітня, і вже дав свої інтелектуальні та інженерні плоди у вигляді проекту-фіналіста “Марсіанського стрибунця”. Про цю подію ми писали раніше. Згодом його підтримали не тільки в Україні, а й у всьому світі, забезпечивши перше місце у номінації “People’s choise“.

Хоча ще за декілька днів проект Mars Hopper був лише на третьому місці рейтингу, згодом у NASA перерахували голоси, використавши власні фільтри інтернет-трафіку, та визначили українську команду лідером. За словами представників команди Mars Hopper, про перемогу їх повідомили ще за три дні до офіційного оголошення результатів, але попросили тримати це у секреті.

marshopperteam
Команда проекту “Mars Hopper”. Джерело: ain.ua

Я сподіваюся, ми зацікавили NASA своїм проектом. Якщо це так, то хотілося б, щоб Україна до нього долучилася. Коли ми розробляли проект, то розраховували на це: майже всі технології для його реалізації є в Україні. Було б чудово, якби наша країна зайняла гідне місце серед “космічних” країн,

– розповів виданню ain.ua інженер проекту та автор ідеї Олександр Буткалюк.

Призом для команди стане подорож до мису Канаверал, де вони зможуть разом з операційною командою NASA спостерігати за стартом космічної місії OSIRIS-Rex. Міжпланетний зонд, який має на меті відібрати зразки космічного реголиту з астероїда 101955 Бенну, планується запустити 8 вересня.

Osiris Rex
Міжпланетний зонд Osiris Rex має взяти проби з астероїда 101955 Бенну у 2017 році. Джерело: NASA

У космічному хакатоні NASA серед п’ятірки фіналістів була ще одна українська команда з проектом “Asterion – CYA”. Хлопці з Кіровограда запропонували власний алгоритм машинного навчання, який зміг би допомогти у пошуках космічної загрози – непроханих астероїдів та інших космічних тіл, які можуть зустрітися з Землею.

У чому полягає інноваційність українського “Марсіанського стрибунця” та які перспективи має цей проект у контексті співробітництва з американським аерокосмічним агентством? Science Ukraine пропонує вам розглянути десять особливостей цієї розробки, які викликають цікавість не тільки у пересічних читачів, а й у інженерів NASA.

10 особливостей проекту “Mars Hopper”

“Марсіанський стрибунець” – це концепт автономного безпілотного літака для дослідження полярних географічних полюсів Марса та їх околиць. Як зазначають автори проекту на своїй сторінці у GitHub, їхній літак використовує у якості реактивного палива сухий лід (CO2), який вкриває полярні регіони Марса у достатніх кількостях. Поки апарат знаходиться на поверхні, спеціальні пристрої у вигляді роботизованого ковша збирають застиглий двоокис вуглецю з поверхні червоної планети. Потім тепло від радіоізотопного генератора (RITEG) нагріває зібраний лід та перетворює його у газ під тиском. Саме цей тиск ентузіасти з “Mars Hopper” вирішили використати для отримання реактивної тяги у свого майбутнього літака.

1Марсіанське паливо. Вартість транспортування одного кілограма вантажу з Землі до Марсу може досягати 100 000 доларів. У таких умовах рішення проекту “Mars Hopper” використовувати у якості джерела енергії марсіанський сухий лід виглядає цілком раціональним, адже везти з собою хімічне або ядерне паливо буде недешево. На перший погляд це може видатися не надто сучасним, однак важко знайти краще рішення для надання будь-якому земному апарату на відстані понад 50 мільйонів кілометрів енергії не тільки для руху по поверхні, а й для польоту.

Сніг на північному полюсі Мараса
Північна полярна снігова шапка Марса. Джерело: NASA

Останній марсохід NASA – Curiosity живиться від власних сонячних модулів та того ж радіоізотопного термоелектричного генератора. Справжнє технічне “досягнення людства” рухається рівниною зі швидкістю, яка не перевищує 140 метрів на годину.

Специфіка марсіанської зими така, що атмосфера складається на 95 відсотків з вуглекислого газу. І через вплив низьких температур, які на Марсі проходять десь шість місяців, формується так звана полярна шапка, на яку можна приземлятися, підтягувати сухий лід при посадці, і потім його за допомогою радіоізотопного реактора переганяти з одного агрегатного стану в інший.

– розповів у студії Громадського Телебачення один з учасників проекту Андрій Музиченко.

Розігріваємо газ, і він під тиском змушує рухатись літак.

– простими словами пояснив принцип реактивної тяги інший член команди Ілля  Рубінський.

За попередніми розрахунками учасників космічного хакатону NASA, їхній апарат зможе використовувати отриманий з двоокису вуглецю газ для реактивного взльоту “стрибунця”. Обмеження такого апарату полягає у його залежності від марсіанського сухого льоду, який у необхідній кількості присутній лише у полярних регіонах впродовж марсіанської зими. Тим не менше, якщо “Mars Hopper” гіпотетично потрапить на Марс після марсохода Curiosity, за один місяць він зможе дослідити у сотні разів більшу площу у порівнянні з тою, яку за увесь час своєї роботи проаналізував Curiosity.

Микола Денисенко про Mars Hopper. Джерело: YT/Nikolay Denisenko

2РІТЕГ для шампанського. За словами автора ідеї Олександра Буткалюка, інноваційність ідеї полягає у використанні радіоізотопного генератора тепла та електрики для нагрівання робочого тіла та живлення літака. В умовах розрідженої атмосфери Марса вся аеродинаміка працює по-іншому, тому злетіти на одних гвинтах з економними електродвигунами, наче звичайний літак на Землі, навряд вдасться. Уявіть себе у басейні з водою – декілька рухів руками й ногами – і ви вже піднімаєтесь вгору. Тепер зробіть те саме у себе у кімнаті, охоплені лише повітрям, і у вас вийде те саме, що було з кожним у дитинстві – ви певно не зможете відірватися від землі, хіба що, допоможете собі стрибком. 

RTG NASA
Радіоізотопні термоелектричні генератори (РІТЕГ) для космічного зонда Cassini перед запуском у NASA. Джерело: wikimedia.org

Щоби “Марсіанський стрибунець” справді літав, він має злітати з певним прискоренням, яке забезпечить потрібну підйомну силу у марсіанській атмосфері. Для цього йому потрібно близько 50 кг чистого двоокису вуглецю, принаймні, так зазначено на сторінці проекту. Що далі? У гру вступає РІТЕГ, тепло якого розігріває кристалізований двоокис вуглецю. Сухий лід швидко перетворюється у газ, тиск якого виштовхує масу через сопла (дивіться також: як влаштований іонний двигун). Утворюється реактивна тяга, яка й забезпечує прискорення та злет літака. Таким чином, тепло від розпаду радіоактивних атомів у РІТЕГ перетворює резервуар з сухим льодом у таку собі пляшку шампанського, готового до вибуху у потрібному напрямку.

Ескіз літака Mars Hopper
Літак “Mars Hopper” у розрізі. Джерело: GitHub/MarsHopper

Якщо “Mars Hopper” буде нести з собою РІТЕГ та 10 кг радіоізотопів у якості джерела тепла, дрону буде потрібно проводити на поверхні близько 2-4 годин, поки увесь сухий лід не отримає достатньо тепла для фазового перетворення у газ.

3Великі гвинти, що складаються. Розріджена атмосфера Марса зменшує не тільки підйомну силу крил у порівнянні з земними умовами, але й зменшує ефективність гвинтової рушійної сили. Щоби приборкати цю перешкоду, у концепті запропоновано використовувати складні гвинти. У такому варіанті їх можна зробити достатньо великими, щоби вони генерували необхідне прискорення. Однак їх доведеться прибирати перед приземленням, щоби уникнути пошкодження деталей.

4Стрибки. Поки головним джерелом для утворення рушійної сили “Марсіанського стрибунця” залишається сухий лід, він не зможе безперервно залишатися у небі. Запропонована схема пересування з чередою приземлень та “стрибків” у повітря, втім, цілком задовольняє потребам дослідницької місії. Якщо вам це здається не надто ефективним, згадайте про К’юріосіті.

5Лижі для ковзання. Вважаймо, що “Марсіанський стрибунець” – це зимовий вид транспорту. Ця особливість вимагає певних конструкційних рішень для приземлення на марсіанський вуглецевий сніг, тому розробники вирішили приладнати до нього лижні шасі. За планом у дрона має бути одне головне шасі та два допоміжних – під крилами.

6Ковш для льоду. 50 кіло льоду – це не іграшки. Уявіть, що з літака під час приземлення стирчить така собі лопата. У випадку з твердим ґрунтом це була справжня проблема, адже зіткнення з чимось твердим могло б перевернути літак. Однак в умовах марсіанської зими невеликий відсік біля головного шасі – це те, що треба. Коли літак буде сідати на поверхню та ковзати, він збере чимало необхідного йому вуглецевого снігу. Це рішення дуже схоже на те, як гальмує електромобіль, заряджаючи власні акумулятори: раціональна та енергоощадна технологія.

dynamic harvesting marshopper
Шасі апарата представлені лижами для приземлення на сніг або кригу. Джерело: GitHub/MarsHopper

Якщо ж зібраного таким чином сухого льоду виявиться недостатньо, концепт передбачає додаткову роботизовану руку, яка буде збирати матеріал, коли літак вже здійснив посадку та зупинився.

7Стереоскопічна зйомка. NASA використовує широко-кутні панорамні камери, які дозволяють знімати увесь ландшафт довкола марсохода. “Mars Hopper” має бути обладнаний двома стереоскопічними камерами, саме у тому місці, де мають бути очі у стрибунця. Стереоскопія дозволить охопити камерам більшу ділянку та створити більш детальне зображення з розрахунком топографії. Але все ж, ці камери просто пасують до дрона.

8Антени зв’язку. Зв’язок з марсоходом Curiosity здійснюється через штучний зонд-супутник Марса – Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Він був запущений з мису Канаверал у 2005 році, а вже через рік почав передавати перші дані з орбіти довкола Марса. Штучний марсіанський супутник NASA забезпечує обмін радіосигналом на швидкості до 2 Мб/сек. Схоже, “Mars Hopper” або будь-який інший марсіанський апарат зможе працювати на червоній планеті лише за умови такого “зв’язкового”, і поки що тільки MRO може виконати це завдання. 

Польотна конфігурація Mars Hopper
Польотна конфігурація “Mars Hopper”. Джерело: GitHub/MarsHopper

Антени “стрибунця” відповідають концепту, однак є певний сенс у їх кількості – друга антена завжди залишається резервною на випадок втрати головного інструмента зв’язку.

9Швидкість. Розрахункова швидкість “Марсіанського стрибунця” становить 360 км/год. Середня крейсерська швидкість літаків на Землі становить 878–926 км/год, але це стосується турбореактивних двигунів. Для умов розрідженої атмосфери та гвинтових двигунів, планову швидкість марсіанського літака можна назвати досить амбіційною. 360 км/год буде цілком достатньо для того, щоби облетіти увесь полярний регіон Марса, не використавши термін витривалості літака.

10Автономність. Хлопці з “Mars Hopper” трохи схитрували, коли подали проект безпілотного літального апарату. Секція хакатону NASA передбачала завдання на розробку пілотованого транспорту в умовах Марса. Як зазначив інженер команди Олександр Буткалюк у інтерв’ю Громадському ТБ, у пілотованому апараті немає сенсу, адже Марс не пристосований до життя людей. На його думку автономний безпілотний літак є кращим варіантом, і майбутнє марсіанських досліджень залишається за дронами. Тим часом у NASA відзначили неординарний підхід українських фіналістів хакатону у вирішенні поставленого завдання.

Що саме думають у NASA про український концепт “Марсіанського стрибунця” достеменно невідомо.

Earth Hopper

Члени команди “Mars Hopper” сподіваються на підтримку NASA, проте вважають, що все залежить від них, і планують реалізувати свій концепт на Землі. Новий проект отримав назву “Earth Hopper”.

earrh hopper logo
Логотип “Earh Hopper”. Джерело: GitHub/MarsHopper

Усе, окрім радіоізотопного реактора, є на базі в Україні. Ми маємо намір будувати його тут.

– розповів Музиченко.

Якщо польові випробування пройдуть у нас на Землі, це значно підвищить шанси українських розробників як кандидатів до участі у спільних проектах. Згодом, це наше спільне бажання, щоби Україна мала повноцінний статус космічної держави.

0 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також