«Я всегда любовался альбатросами», — всего один вопрос, и интервью корреспондента BBC с одним из главных ученых NASA на тему освоения Марса приобрело неожиданный поворот. На протяжении всей карьеры Эла Боуэрса птицы всегда были его источником вдохновения. «После того, как вы научитесь правильно смотреть на крылья птиц, сложно вернуться обратно к крыльям самолетов», говорит он.
«Крыло преобладает над всеми другими характеристиками альбатросов, и они очень эффективны. Того же мы пытаемся достичь с нашими самолетами сейчас — ликвидировать все ненужные части вроде хвостов».
Боуэрс подсчитал, что проектирование самолета без хвоста сможет уменьшить сопротивление примерно на 20%. «И очень скоро вы доберетесь до минимального самолета — летающего крыла — с минимум деталей, минимумом сопротивления и очень высокой эффективностью».
Идея летающего крыла далеко не нова. Первый практический проект был разработан инженерами нацистской Германии в последние месяцы Второй мировой войны. Причина того, почему мы до сих пор летаем вокруг земного шара в алюминиевых трубах с хвостами, болтами прикрученными к задней части, в том, что летающие крылья имели дурную привычку падать с неба.
Но больше нет. Команда Боуэрса провела последние несколько лет, разрабатывая и успешно испытывая модели самолета в виде летающего крыла. Но как и подобает представителю передовой авиационной и космической организации, Боуэрс видит в нем не только земные применения. Он хочет стать первым человеком, который заставит самолет облететь поверхность Марса.
«Марс — крайне сложная задача», говорит он. «Полет на Марсе заканчивается тем, что вы совершенно по-другому начинаете смотреть на аэродинамику».
Хотя Марс имеет примерно треть земной гравитации, атмосферы у него очень мало — около 1% земной. «В конечном итоге вы думаете о том, как заставить летать что-то очень маленькое, что хоть немного сможет взаимодействовать с молекулами воздуха. Это как летать на высоте 300 метров над поверхностью Земли».
У традиционного самолета будет очень мало шансов остаться в воздухе, но летающее крыло с повышенной эффективности должно быть в состоянии дрейфовать высоко над поверхностью. Это может перевернуть исследования Марса.
«Большим ограничением марсоходов является количество поверхности, которое они могут преодолеть», говорит Энди Рэтклифф, инженер систем будущих программ Airbus. Эта аэрокосмическая компания в настоящее время разрабатывает марсоход Европейского космического агентства в восточной части Англии. Транспортное средство от ЕКА должно будет приземлиться на Красную планету в 2020 году.
«Последний марсоход, который сел на Марс, это «Кьюриосити», говорит Рэтклифф. «Но с момента его приземления в 2012 году он проехал всего девять километров — почти по два километра в год — и когда мы пытаемся заниматься наукой на поверхности, мы связаны количеством исследуемого».
У марсохода есть свои преимущества. Они могут подробно исследовать почву, забирать образцы и даже сверлить поверхность в поисках жизни, как это будет делать ровер ЕКА. Но самолет мог бы покрыть гораздо больше земли.
Новаторская марсианская миссия Боуэрса включает незапитанное летающее крыло размахом в 60 сантиметров и весом всего в 1,5 килограмма, которое будет упаковано в 30-сантиметровый кубсат. Есть идея сбросить этот «балласт» вместе с грядущей миссией марсохода. Придется выбросить часть обычного груза.
Когда основной космический аппарат достигнет Марса, будет выпущен кубсат. «Мы будем на высоте многих метров над атмосферой», говорит Боуэрс, «поэтому остается вопрос, как замедлиться и выпустить самолет».
Это непростая задача. Прибывая на Марс, космический аппарат движется на скорости более 5000 метров в секунду. Даже в марсианской атмосфере это означает вход при температуре до 2000 градусов, при которой кубсат не выживет.
К счастью, команда NASA придумала решение: парашют, работающий в космосе. Парашют Exo-Brake, который был успешно испытан с орбиты Земли, нуждается лишь в самой разреженной атмосфере и достаточно эффективен, чтобы замедлить кубсат без нагрева, вызванного быстрым замедлением. «И тогда, на уровне 3000 метров над поверхностью, мы развернем наш маленький самолетик и полетим прочь».
Но не ждите ленивого неторопливого скольжения. Общее время полета будет всего четыре минуты. «Оказывается, чтобы взаимодействовать с атмосферой, нам нужно лететь на скорости 600 км/ч — это прям скорость авиалайнера для нашего небольшого планера».
Для навигации на самолет будут загружены визуальные карты поверхности, и при быстром спуске он будет измерять атмосферное давление и температуру, впервые для Марса. «Существует модель атмосферы Марса, но она очень рудиментарна», говорит Боуэрс. «Мы хотели бы собрать достаточно данных для проверки модели».
Команда Боуэрса планирует испытать прототип кубсата и планера на большой высоте в атмосфере Земли в конце этого года. Несмотря на то, что летающее марсианское крыло пока не было одобрено в качестве официальной миссии NASA, если испытания окажутся успешными, он уверен, что сможет убедить агентство взять его самолет на Марс.
Между тем, ЕКА рассматривает альтернативные технологии, чтобы покрыть такую же большую площадь. Ранее исследовалась идея отправить на Марс «кузнечика» — атомного робота, который будет прыгать по поверхности. В настоящее время команда Рэтклиффа изучает потенциал высвобождения 50 «пенетраторов» в почву на площади 100 километров. Они будут собирать данные о почве и геологии, опять же покрывая много больше земли, чем одинокий ровер.
«Но самое интересное начнется, когда мы объединим марсоходные и воздушные системы», говорит Рэтклифф. «Мы хотели бы создать небольшую воздушную систему, которая будет приземляться на марсоход, а тот будет посылать беспилотник за горизонт на разведку в поисках чего-нибудь интересного». Поскольку атмосфера на Марсе довольно тонкая, беспилотник будет небольшим, легким и, может быть, даже махать крыльями.
Смогут ли люди когда-нибудь полетать над поверхностью Марса? Например, в марсианской колонии Элона Маска.
«Я думаю, вполне можно построить самолет на Марсе для передвижения людей. Они будут с ограниченной дальностью полета и на них далеко не улетишь, но эксперименты будут обязательно».
Бауэрс уверен, что любые самолеты будущего будут черпать вдохновение из природы. Птицы будут учить нас летать.
