NASA logra que aspas de helicópteros marcianos superen la velocidad del sonido en pruebas terrestres

Las pruebas, realizadas en el histórico Simulador Espacial de 25 Pies del JPL, representan un avance significativo para la exploración aérea de Marte, según informó la NASA. El equipo de ingenieros logró que las puntas de las aspas alcanzaran velocidades de Mach 1.08, superando las expectativas iniciales y aumentando la capacidad de elevación de los vehículos marcianos en un 30 por ciento, según los datos proporcionados por la agencia.

"La NASA tuvo una gran experiencia con el helicóptero Ingenuity de Marte, pero estamos pidiendo a estas aeronaves de próxima generación que hagan aún más en el planeta rojo", dijo Al Chen, gerente del Programa de Exploración de Marte en el JPL. "Esa no es una petición fácil. Si bien todo sobre Marte es difícil, volar allí es casi lo más difícil que se puede hacer. Eso se debe a que su atmósfera es tan increíblemente delgada que es difícil generar sustentación, y sin embargo Marte tiene una gravedad significativa", explicó Chen según el comunicado de la NASA.

Ingenuity, que realizó el primer vuelo controlado y propulsado en otro mundo hace poco más de cinco años el 19 de abril de 2021, fue una demostración tecnológica pionera que no transportaba instrumentos científicos, según la agencia. El proyecto SkyFall recientemente anunciado por la NASA y otras posibles futuras aeronaves marcianas serán capaces de transportar cargas útiles, incluidos instrumentos científicos y sensores, para recopilar datos en apoyo de futuras misiones humanas y robóticas, aprovechando las ventajas de la exploración aérea a baja altitud.

Las pruebas se realizaron con rotores desarrollados y fabricados por AeroVironment en Simi Valley, California, según informó la NASA. El equipo liderado por Jaakko Karras del JPL montó un rotor de tres aspas dentro de la cámara de pruebas, evacuó el aire y lo reemplazó con suficiente dióxido de carbono para igualar la atmósfera marciana, luego sometió el rotor a vientos mientras giraba a velocidades crecientes.

"Si Chuck Yeager estuviera aquí, te diría que las cosas pueden volverse impredecibles alrededor de Mach 1", dijo Karras, líder de las pruebas de rotor. "Con eso en mente, planificamos los vuelos de Ingenuity para mantener las puntas de las aspas del rotor a Mach 0.7 sin viento, de modo que si encontrábamos un viento de frente marciano durante el vuelo, las puntas del rotor no se volverían supersónicas. Pero queremos más rendimiento de nuestras aeronaves de próxima generación para Marte. Necesitábamos saber que nuestros rotores podían ir más rápido de manera segura", explicó según la NASA.

El equipo de Ingenuity nunca permitió que la velocidad de rotación de sus rotores de espuma con revestimiento compuesto superara las 2.700 revoluciones por minuto durante los 72 vuelos del helicóptero en Marte por dos razones: evitar la física impredecible de la barrera del sonido y asegurarse de que una ráfaga inesperada de viento no enviara las puntas del rotor más allá del límite sónico, según informó la agencia.

En el mundo de los rotores de rápido movimiento, más empuje proviene de un giro más rápido o un diámetro mayor, según explicó la NASA. Aunque este axioma es válido en la Tierra, los ingenieros que diseñan aeronaves para el planeta rojo deben ser mucho más agresivos. Debido a que la atmósfera de Marte es solo el 1 por ciento tan densa como la de la Tierra, maximizar el empuje requiere empujar las puntas de las aspas hacia la velocidad del sonido para lograr una sustentación significativa.

Mientras que Mach 1 en la Tierra al nivel del mar es aproximadamente 760 millas por hora (1.223 kilómetros por hora), la velocidad del sonido en Marte es significativamente más lenta, aproximadamente 540 millas por hora (869 kilómetros por hora), debido a la atmósfera delgada, fría y rica en dióxido de carbono del planeta, según los datos proporcionados por la NASA.

Los ingenieros de prueba tomaron la precaución de forrar parte de la cámara con láminas de metal en caso de que las aspas se rompieran durante el experimento supersónico, según informó la agencia. Desde una sala de control a unos metros de la cámara, el equipo observó pantallas que mostraban datos y una vista del interior de la cámara mientras las revoluciones por minuto subían hasta 3.750. A esa velocidad, las puntas viajaban a Mach 0.98. Luego los ingenieros activaron un ventilador dentro de la cámara que golpeó los rotores con vientos de frente. Después de cada prueba, aumentaron la velocidad del viento para la siguiente.

El equipo empujó las velocidades de las puntas del rotor a Mach 1.08, aumentando la capacidad de elevación del vehículo marciano en un 30 por ciento, según los resultados. Este avance permite que futuras misiones soporten cargas científicas más pesadas, incluidos sensores avanzados y baterías más grandes para vuelos extendidos.

Posteriormente el equipo probó su suerte con el rotor de dos aspas de SkyFall. Debido a que es ligeramente más largo que la versión de tres aspas, solo se necesitaron 3.570 revoluciones por minuto para alcanzar la misma velocidad casi supersónica en las puntas del rotor antes de introducir los vientos de frente, según informó la NASA.

"La prueba exitosa de estos rotores fue un paso importante para demostrar la viabilidad del vuelo en entornos más exigentes, lo cual es clave para los vehículos de próxima generación", dijo Shannah Withrow-Maser, aerodinámica del Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley y miembro del equipo de pruebas. "Pensamos que tendríamos suerte de alcanzar Mach 1.05, y alcanzamos Mach 1.08 en nuestras últimas pruebas. Todavía estamos analizando los datos, y puede haber aún más empuje disponible. Estos helicópteros de próxima generación van a ser increíbles", declaró según la agencia.

El equipo de diseño de la misión SkyFall ha incorporado los hallazgos del equipo de pruebas en las especificaciones de rendimiento, según informó la NASA. Inspirado en Ingenuity, el único rotorcraft que ha volado en otro planeta hasta la fecha, SkyFall está diseñado para llevar tres helicópteros de próxima generación de Marte al planeta rojo en diciembre de 2028.

La campaña de pruebas de giro más rápido que el sonido fue financiada por el Programa de Exploración de Marte de la agencia en busca de maximizar la capacidad de futuras aeronaves que vuelen en el planeta rojo, según la NASA. Una división del Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena, el JPL gestiona el Programa de Exploración de Marte para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA en Washington.