Как марсианский воздух помогает летательным аппаратам

Российские ученые из МГУ, Института системного анализа РАН и МФТИ с помощью детального моделирования раскрыли необычные аэродинамические эффекты, возникающие в разреженной атмосфере Марса. Оказалось, что вязкость тонкого марсианского воздуха при посадке аппарата способна создавать неожиданный стабилизирующий момент. Более того, эти же законы позволяют реализовать машущий полет исследовательских дронов. Работа опубликована в журнале Acta Astronautica при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-71-10026).

Атмосфера Марса почти в сто раз разреженнее земной. Для аэродинамики это значит, что привычные законы работают иначе: силы инерции отходят на второй план, уступая место силам вязкости. Такое «смещение баланса» особенно критично у поверхности планеты, где проходят самые опасные фазы посадки. Малейшая нестабильность на этом этапе может привести к потере аппарата.

Новый взгляд на экранный эффект
Классическая аэродинамика утверждает: при приближении к поверхности подъемная сила крыла возрастает за счет «воздушной подушки». Однако моделирование показало, что на Марсе механизм иной. Здесь главным действующим фактором становится вязкое трение, а точка приложения силы смещается не вперед, а назад — к задней кромке крыла.Это означает, что вместо опасного опрокидывающего момента аппарат получает естественный стабилизатор.
Александр Шамин, ассистент кафедры высшей математики МФТИ, кандидат физико-математических наук, комментирует: «В разреженном марсианском воздухе поверхность как будто протягивает аппарату руку помощи. Смещение центра сил назад создает момент, который сам уменьшает угол атаки и гасит колебания. Это фундаментальное отличие, которое нужно учитывать при проектировании марсианских миссий».

Машущий полет для «марсолета»
Вторая часть работы была посвящена идее миниатюрных исследовательских дронов — «марсолетов» с машущими крыльями. Численное моделирование показало, что такой тип движения в марсианской атмосфере вполне реалистичен и может оказаться эффективным. Более того, оптимальная стратегия маха — не ускоренный, а равномерный размах крыльев. Это открывает возможности для инженерных решений, упрощающих управление аппаратами.

Исследование наглядно демонстрирует, как доминирование вязких сил меняет привычную картину полета. Эти данные помогут инженерам создавать:

• более надежные системы мягкой посадки для тяжелых аппаратов,
• легкие дроны для разведки каньонов, пещер и труднодоступных областей Марса.

Марсианская атмосфера, казавшаяся препятствием, в итоге оказывается союзником — тонкий воздух планеты способен сделать полеты стабильнее и безопаснее.

Источник: Российские ученые разгадали секрет стабильных полетов у поверхности Марса — За науку