รายงานล่าสุดระบุว่า ใบพัดของเฮลิคอปเตอร์รุ่นใหม่ของ นาซา ที่ออกแบบมาเพื่อการสำรวจบนดาวอังคาร ได้ทำลายกำแพงเสียงในการทดสอบเมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา ณ ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory (JPL) ในรัฐแคลิฟอร์เนียใต้ ข้อมูลจากการทดสอบ ซึ่งจัดขึ้นในห้องพิเศษที่จำลองสภาพแวดล้อมบนดาวอังคาร ชี้ให้เห็นว่าส่วนปลายของใบพัด ซึ่งเป็นส่วนที่เคลื่อนที่เร็วที่สุด สามารถเร่งความเร็วได้เกิน Mach 1 (มัค 1 หรือความเร็วเสียง) โดยไม่ได้รับความเสียหาย ข้อมูลที่รวบรวมจากการทดสอบ 137 ครั้งนี้จะช่วยให้นักวิศวกรสามารถออกแบบอากาศยานที่สามารถบรรทุกสัมภาระที่มีน้ำหนักมากขึ้น รวมถึงอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ได้ในอนาคต
Jet Propulsion Laboratory (JPL) เป็นศูนย์วิจัยและพัฒนาหลักของ นาซา ซึ่งบริหารจัดการภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ด้วยหุ่นยนต์ และ Mach 1 คือ ความเร็วเสียง ซึ่งแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและอุณหภูมิของตัวกลาง โดยในบรรยากาศที่เบาบางและเย็นจัดของดาวอังคาร ความเร็วเสียงจะต่ำกว่าบนโลกมาก
อัล เฉิน ผู้จัดการโครงการสำรวจดาวอังคารของ JPL กล่าวว่า “นาซา ประสบความสำเร็จอย่างมากกับ เฮลิคอปเตอร์ดาวอังคารอินเจนูอิตี (Ingenuity Mars Helicopter) แต่เรากำลังขอให้อากาศยานรุ่นใหม่เหล่านี้ทำอะไรได้มากกว่าเดิมบนดาวอังคาร นั่นไม่ใช่เรื่องง่าย ในขณะที่ทุกสิ่งบนดาวอังคารเป็นเรื่องยาก การบินที่นั่นแทบจะเป็นสิ่งที่ยากที่สุดที่คุณทำได้ นั่นเป็นเพราะชั้นบรรยากาศของมันบางเฉียบอย่างไม่น่าเชื่อ ทำให้การสร้างแรงยกทำได้ยาก แต่ดาวอังคารกลับมีแรงโน้มถ่วงที่สำคัญ”
เฮลิคอปเตอร์ดาวอังคารอินเจนูอิตี (Ingenuity Mars Helicopter) เป็นเฮลิคอปเตอร์ลำแรกที่ทำการบินแบบมีกำลังขับเคลื่อนและควบคุมได้บนดาวเคราะห์ดวงอื่น โดยเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจยานสำรวจ Perseverance
Ingenuity ซึ่งทำการบินแบบมีกำลังขับเคลื่อนและควบคุมได้เป็นครั้งแรกบนดาวเคราะห์ดวงอื่นเมื่อกว่า 5 ปีที่แล้ว ในวันที่ 19 เมษายน 2021 เป็นการสาธิตเทคโนโลยีบุกเบิกที่ไม่ได้บรรทุกอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ แต่ โครงการ SkyFall ที่ นาซา เพิ่งประกาศ และอากาศยานดาวอังคารอื่น ๆ ที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต จะสามารถบรรทุกสัมภาระ รวมถึงเครื่องมือและเซ็นเซอร์ทางวิทยาศาสตร์ เพื่อรวบรวมข้อมูลสนับสนุนภารกิจของมนุษย์และหุ่นยนต์ในอนาคต โดยใช้ประโยชน์จากการสำรวจทางอากาศในระดับความสูงต่ำ
ด้วยการผลักดันใบพัดให้เกินความเร็วเสียงระหว่างการทดสอบล่าสุดที่ ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory ของ นาซา วิศวกรกำลังปลดล็อกความเป็นไปได้ใหม่ๆ สำหรับการสำรวจทางอากาศในระดับความสูงต่ำบนดาวอังคาร
ความต้องการความเร็ว
ในโลกของใบพัดที่หมุนเร็ว แรงขับที่มากขึ้นมาจากการหมุนที่เร็วขึ้นหรือเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ขึ้น แม้หลักการนี้จะเป็นจริงบนโลก แต่วิศวกรที่ออกแบบอากาศยานสำหรับดาวอังคารจะต้องมีความทะเยอทะยานมากขึ้น เนื่องจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมีความหนาแน่นเพียง 1% ของโลก การเพิ่มแรงขับให้สูงสุดจึงต้องผลักดันปลายใบพัดให้เข้าใกล้ความเร็วเสียงเพื่อสร้างแรงยกที่สำคัญ ในขณะที่ใบพัดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กบนโลกก็สามารถหมุนได้หลายพันรอบต่อนาที แต่พวกมันมีโมเลกุลอากาศให้ผลักดันมากกว่า และไม่จำเป็นต้องเข้าใกล้ขอบเสียง
ทีมงานของ Ingenuity ไม่เคยอนุญาตให้ความเร็วรอบของใบพัดโฟมหุ้มคอมโพสิตเกิน 2,700 รอบต่อนาที ตลอดการบิน 72 ครั้งบนดาวอังคาร ด้วยเหตุผลสองประการ: เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่ไม่สามารถคาดเดาได้ของกำแพงเสียง และเพื่อให้แน่ใจว่าลมกระโชกที่ไม่คาดคิด (เช่นจากพายุฝุ่น) จะไม่ทำให้ปลายใบพัดมีความเร็วเหนือเสียง
นาย Jaakko Karras หัวหน้าทีมทดสอบใบพัดของ JPL กล่าวว่า “ถ้า Chuck Yeager อยู่ที่นี่ เขาคงจะบอกคุณว่าสิ่งต่างๆ อาจจะบ้าคลั่งรอบๆ Mach 1 ด้วยเหตุผลนั้น เราจึงวางแผนการบินของ Ingenuity ให้ปลายใบพัดมีความเร็วที่ Mach 0.7 โดยไม่มีลม เพื่อที่ว่าหากเราเจอลมปะทะบนดาวอังคารขณะบิน ปลายใบพัดจะไม่เข้าสู่ความเร็วเหนือเสียง แต่เราต้องการประสิทธิภาพที่มากขึ้นจากอากาศยานดาวอังคารรุ่นต่อไปของเรา เราจำเป็นต้องรู้ว่าใบพัดของเราสามารถไปได้เร็วกว่านั้นอย่างปลอดภัย”
Chuck Yeager เป็นนักบินทดสอบชาวอเมริกันที่สร้างประวัติศาสตร์ด้วยการเป็นมนุษย์คนแรกที่ทำลายกำแพงเสียงได้สำเร็จ
ในขณะที่ Mach 1 บนโลกที่ระดับน้ำทะเลอยู่ที่ประมาณ 1,223 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วเสียงบนดาวอังคารกลับช้ากว่ามาก โดยประมาณ 869 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เนื่องจากชั้นบรรยากาศที่เบาบาง เย็น และอุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ของดาวเคราะห์
เฮลิคอปเตอร์ดาวอังคารอินเจนูอิตี (Ingenuity Mars Helicopter) ของ นาซา ทำการทดสอบการหมุนใบพัดอย่างช้าๆ เมื่อวันที่ 8 เมษายน 2021 ซึ่งเป็นวันที่ 48 ของภารกิจ เฮลิคอปเตอร์ลำนี้ ซึ่งบันทึกภาพโดยเครื่องมือ Mastcam-Z บนยานสำรวจ Perseverance ของ นาซา ได้ทำการบินประวัติศาสตร์ครั้งแรกหลังจากนั้นไม่ถึงสองสัปดาห์บนโลก
ห้องทดสอบใบพัดที่ปลอดภัย
เพื่อเริ่มต้นการประเมินใบพัด ซึ่งพัฒนาและผลิตโดย AeroVironment ในเมือง Simi Valley รัฐแคลิฟอร์เนีย คุณ Karras และทีมงานได้ติดตั้งใบพัดสามใบที่สามารถใช้ในการออกแบบเฮลิคอปเตอร์ดาวอังคารในอนาคตภายใน ห้องจำลองอวกาศขนาด 25 ฟุต ที่ JPL ซึ่งเป็นห้องทดสอบที่มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์ พวกเขาได้ดูดอากาศออกและแทนที่ด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณที่เพียงพอต่อการจำลองบรรยากาศของดาวอังคาร จากนั้นจึงใช้ลมเป่าใบพัดในขณะที่มันหมุนด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น
ห้องจำลองอวกาศขนาด 25 ฟุต (25-Foot Space Simulator) เป็นห้องทดสอบขนาดใหญ่ที่ JPL ซึ่งสามารถจำลองสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของอวกาศและดาวเคราะห์ดวงอื่นได้ รวมถึงบรรยากาศที่เบาบางของดาวอังคาร
วิศวกรผู้ทดสอบได้เตรียมการป้องกันโดยการบุส่วนหนึ่งของห้องด้วยแผ่นโลหะในกรณีที่ใบพัดแตกหักระหว่างการทดลองความเร็วเหนือเสียง จากห้องควบคุมที่อยู่ห่างจากห้องทดสอบไม่กี่หลา ทีมงานได้เฝ้าดูหน้าจอแสดงข้อมูลและมุมมองภายในห้องขณะที่ความเร็วรอบเพิ่มขึ้นสูงถึง 3,750 รอบต่อนาที ด้วยอัตรานั้น ปลายใบพัดเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว Mach 0.98 จากนั้นวิศวกรได้เปิดพัดลมภายในห้องที่สร้างลมปะทะเข้าใส่ใบพัด หลังจากการทดสอบแต่ละครั้ง พวกเขาได้เพิ่มความเร็วลมสำหรับการทดสอบครั้งต่อไป
ทีมงานได้ผลักดันความเร็วปลายใบพัดให้ถึง Mach 1.08 ซึ่งช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการยกของยานพาหนะบนดาวอังคารได้ถึง 30% ความก้าวหน้าครั้งนี้ช่วยให้ภารกิจในอนาคตสามารถรองรับอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่มีน้ำหนักมากขึ้น รวมถึงเซ็นเซอร์ขั้นสูงและแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ขึ้นสำหรับการบินที่ยาวนานขึ้น
ถัดไป ทีมงานได้ทดสอบใบพัดสองใบของ โครงการ SkyFall เนื่องจากใบพัดรุ่นนี้ยาวกว่ารุ่นสามใบเล็กน้อย จึงต้องการความเร็วเพียง 3,570 รอบต่อนาที เพื่อให้ได้ความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วเหนือเสียงที่ปลายใบพัดก่อนที่จะมีการสร้างลมปะทะ
Shannah Withrow-Maser ผู้เชี่ยวชาญด้านอากาศพลศาสตร์จาก ศูนย์วิจัยเอมส์ของนาซา (NASA’s Ames Research Center) ในซิลิคอนแวลลีย์ และเป็นสมาชิกของทีมทดสอบ กล่าวว่า “การทดสอบใบพัดเหล่านี้ที่ประสบความสำเร็จเป็นก้าวสำคัญในการพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการบินในสภาพแวดล้อมที่ท้าทายมากขึ้น ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญสำหรับยานยนต์รุ่นต่อไป เราคิดว่าเราโชคดีที่จะแตะ Mach 1.05 และเราทำได้ถึง Mach 1.08 ในการทดสอบรอบสุดท้าย เรายังคงเจาะลึกข้อมูล และอาจมีแรงขับที่มากกว่านั้นอีก เฮลิคอปเตอร์รุ่นต่อไปเหล่านี้จะต้องยอดเยี่ยมมาก”
ทีมออกแบบภารกิจ SkyFall ได้นำผลการทดสอบของทีมไปรวมไว้ในข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ โดยได้รับแรงบันดาลใจจาก Ingenuity ซึ่งเป็นอากาศยานใบพัดเพียงลำเดียวที่บินบนดาวเคราะห์ดวงอื่นจนถึงปัจจุบัน SkyFall ได้รับการออกแบบให้บรรทุกเฮลิคอปเตอร์ดาวอังคารรุ่นใหม่สามลำไปยังดาวอังคารในเดือนธันวาคม 2028
ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงการสำรวจดาวอังคารของนาซา
โครงการทดสอบการหมุนเหนือเสียงนี้ได้รับการสนับสนุนจาก โครงการสำรวจดาวอังคาร (Mars Exploration Program) ของ นาซา โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มขีดความสามารถของอากาศยานในอนาคตที่จะบินบนดาวเคราะห์แดง JPL ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ Caltech ในเมือง Pasadena รัฐแคลิฟอร์เนีย บริหารจัดการโครงการสำรวจดาวอังคารให้กับสำนักงานภารกิจวิทยาศาสตร์ของ นาซา ในกรุงวอชิงตัน
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ โครงการสำรวจดาวอังคารของนาซา โปรดเยี่ยมชม:
