Zusammenfassung:
NASA-Ingenieure führten kürzlich Tests im Jet Propulsion Laboratory in Südkalifornien, USA, durch und konnten erfolgreich dafür sorgen, dass die Spitze des Rotors eines Marshubschraubers der neuen Generation kurzzeitig die Schallgeschwindigkeit überschreitet. Die Tests wurden in einem „25-Fuß-Weltraumsimulator“ durchgeführt, der die dünne, kalte Kohlendioxidatmosphäre des Mars simulieren kann, und insgesamt wurden 137 Tests abgeschlossen.
Die Dichte der Marsatmosphäre beträgt etwa 1 % derjenigen der Erde, was es für Hubschrauber schwierig macht, ausreichend Auftrieb zu erreichen. Um die Flugleistung zu verbessern, müssen Ingenieure die Rotoren mit extrem hohen Geschwindigkeiten drehen. Zuvor war die Rotorgeschwindigkeit bei der Mission des NASA-Marshubschraubers „Ingenuity“ auf weniger als 2.700 U/min begrenzt, um komplexe aerodynamische Effekte zu vermeiden, die nach der Annäherung an die Schallmauer auftreten können, und um zu verhindern, dass plötzliche Luftströme wie Staubteufel die Rotorspitze in einen Überschallzustand versetzen.
Bei diesem Test wurde ein von der American Aviation Environmental Corporation entwickelter Dreiblattrotor verwendet. Die Ingenieure saugten zunächst die Luft aus der simulierten Kabine ab, injizierten dann Kohlendioxid mit einem Druck nahe der Marsumgebung und erhöhten schrittweise die Luftströmungsgeschwindigkeit und die Rotorgeschwindigkeit. Wenn die Drehzahl 3750 U/min erreicht, erreicht die Rotorspitzengeschwindigkeit etwa Mach 0,98. Anschließend erhöhte das Team den Luv-Luftstrom weiter und steigerte schließlich die Rotorspitzengeschwindigkeit auf Mach 1,08.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Überschallrotation den Auftrieb des Flugzeugs um etwa 30 % erhöht. Dies bedeutet, dass zukünftige Marshubschrauber voraussichtlich schwerere wissenschaftliche Instrumente, fortschrittlichere Sensoren und Batterien mit größerer Kapazität tragen werden, sodass sie längerfristige Erkundungsmissionen in geringer Höhe mit einem größeren Bereich durchführen können.
Das Forschungsteam testete außerdem einen Zweiblattrotor, der für das SkyFall-Missionskonzept entwickelt wurde. Da seine Schaufeln etwas länger sind, kann eine ähnliche Spitzengeschwindigkeit erreicht werden, die nahezu Überschallgeschwindigkeit entspricht, wenn die Rotationsgeschwindigkeit etwa 3570 U/min erreicht.
Die Aerodynamikerin Shanna Witherow-Mazer vom Ames Research Center der NASA sagte, dass das Team ursprünglich erwartet hatte, dass die Rotorgeschwindigkeit Mach 1,05 erreichen würde, was ideal wäre, aber der letzte Test erreichte Mach 1,08. Die Ingenieure analysieren die Daten noch und finden möglicherweise in Zukunft größeren Raum für eine Schubverbesserung.
Relevante Testergebnisse sind in die Designanforderungen der „SkyFall“-Mission eingeflossen. Die Mission soll auf den technischen Erfahrungen von „Ingenuity“ aufbauen und bereits im Dezember 2028 drei Marshubschrauber der neuen Generation zum Mars liefern. Die Testkampagne wird vom Mars Exploration Project der NASA finanziert und zielt darauf ab, die Nutzlastkapazität und Flugleistung künftiger Marsflugzeuge zu verbessern.
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