Buzz
Nếu mọi điều kiện đều thuận lợi, vào ngày 30/7 tới, NASA sẽ phóng xe tự hành Perseverance lên Sao Hỏa. Sau sáu tháng, khi nhiệm vụ trị giá 2,1 tỷ USD bắt đầu vào tháng 2 năm sau, Perseverance sẽ hạ cánh xuống thung lũng Jezero, bắt đầu thu thập mẫu đất trên Sao Hỏa để con người xác định có dấu hiệu của sự sống hàng tỷ năm về trước hay không. Những mẫu đất này sẽ được con người đưa về trái đất trong một nhiệm vụ khác diễn ra vào cuối thập kỷ. Hơn nữa, Perseverance sẽ mang theo một thiết bị chưa từng có trong lịch sử khám phá vũ trụ, một chiếc drone có tên Ingenuity. Dự kiến vào tháng 4/2021, Ingenuity sẽ cất cánh, trở thành chiếc máy bay đầu tiên của con người trên Sao Hỏa.
Khối lượng dưới 2kg, sử dụng nhiều linh kiện 'dân sự'
Để thám hiểm vũ trụ, con người có hai phương tiện chính: Vệ tinh và xe tự hành. Vệ tinh cung cấp cái nhìn tổng quan về hành tinh, trong khi xe tự hành có thể khám phá chi tiết một khu vực nhỏ hơn nhưng rất cụ thể. Có những yêu cầu về việc đánh giá một khu vực rộng lớn với mức độ chi tiết cao mà vệ tinh không thể đáp ứng, điều này sẽ được một chiếc trực thăng nhỏ có thể làm. Một chiếc xe tự hành có khả năng di chuyển hàng chục km trong nhiều năm, nhưng công nghệ drone hiện đại có thể thực hiện điều tương tự chỉ trong vài ngày. Chúng có thể chụp ảnh từ trên cao để giúp vẽ ra con đường lý tưởng cho xe tự hành thu thập mẫu vật.
Ingenuity cần có trọng lượng thấp nhất có thể để giảm bớt gánh nặng cho tên lửa đưa cả Perseverance lẫn Ingenuity lên bề mặt Sao Hỏa. Tuy nhiên, nó cũng phải đủ bền để chịu đựng được áp lực từ bầu khí quyển Sao Hỏa trong quá trình hoạt động. Cánh quạt được làm từ xốp bọc sợi carbon, quay với tốc độ cao hơn 5 lần so với cánh quạt máy bay trực thăng thông thường để đủ sức nâng cả chiếc drone lên, trong khi thân drone được làm từ hợp kim beryllium.
Năng lượng cung cấp cho chiếc drone được lưu trong 6 viên pin lithium-ion Sony, công suất 2 Ah, có cấu trúc tương tự như trong smartphone. Hệ thống điều khiển bay sử dụng SoC Qualcomm Snapdragon. Thiết kế của Ingenuity cần đảm bảo khả năng hoạt động ổn định hơn nhưng lại phải tiết kiệm hơn nhiều so với Perseverance. Vì chiếc drone này không đóng vai trò quá quan trọng đối với nhiệm vụ Mars 2020, nên các kỹ sư đã có thể thử nghiệm những linh kiện thông dụng hàng ngày trong một thiết bị không có tiền lệ.
Thử nghiệm hiệu quả
Sau khi hoàn thành thiết kế chiếc drone, vấn đề tiếp theo là làm thế nào để thử nghiệm Ingenuity một cách hiệu quả nhất. Hai chiếc drone sẽ được sản xuất, một để thử bay, chiếc còn lại để kiểm tra môi trường, xem liệu môi trường khắc nghiệt như thời tiết với nhiệt độ từ âm 60 đến âm 19 độ C trên Sao Hỏa có khiến chiếc drone trở thành vô dụng hay không. Ngoài ra, các thử nghiệm mô phỏng tác động từ quá trình hạ cánh của xe Perseverance, và sử dụng sóng âm mô phỏng tác động rung để kiểm tra xem ốc vít của drone có lỏng lẻo hay không cũng đã được tiến hành.
Về thử nghiệm bay, NASA sử dụng một buồng chân không đường kính 7,6 mét, mô phỏng khí hậu và độ dày không khí trên Sao Hỏa. Lực hấp dẫn trên Sao Hỏa chỉ bằng 1/3 so với Trái Đất, nên khi thử nghiệm, các kỹ sư phải dùng dây kéo để hỗ trợ thêm một phần lực nâng cho chiếc drone. Thực tế, theo quy tắc vật lý, việc bay trực thăng trên Sao Hỏa cũng không khác biệt nhiều so với trên Trái Đất. Cánh quạt quay để hút khí từ phía trên và thổi xuống phía dưới, tạo ra lực nâng giúp drone cất cánh. Tuy nhiên, các chi tiết về tác động từ môi trường trong quá trình bay, đặc biệt là ở nơi con người chưa từng thử nghiệm, vẫn là một vấn đề phức tạp.
Trên Trái đất, cánh quạt trực thăng thường có thể bị lật theo chiều dọc khi quay do chiều dài của chúng và tác động của không khí xung quanh động cơ khi trực thăng hoạt động. Nếu không khí không đủ đặc để kìm nén tác động rung của cánh quạt, thì việc bay của trực thăng cũng giống như khi thử nghiệm trong phòng chân không mô phỏng Sao Hỏa. Trên Sao Hỏa, không khí rất loãng, không đủ để hấp thụ được bất kỳ rung động nào từ cánh quạt. Hậu quả là cánh quạt phải được thiết kế lại để cứng cáp hơn, khó bị lật hơn khi quay.
Điều này đối với hai chiếc drone Ingenuity thử nghiệm, trong khi chiếc sẽ được đưa lên Sao Hỏa chỉ được thử nghiệm bay trong vài phút trên Trái đất để tránh việc các linh kiện bị hao mòn.
Vào năm 2025, NASA dự định phóng một chiếc drone 4 cánh quạt mang tên Dragonfly, được trang bị động cơ hạt nhân để khám phá sự sống trên Titan, một trong những mặt trăng lớn nhất quay quanh Sao Thổ. NASA mong muốn Dragonfly sẽ hoạt động ít nhất 2 năm, với khả năng bay tới 3,2 km.
Theo Wired
