Hacía mucho que no hablábamos de helicópteros en Marte, o de aviones espaciales, pero ayer la NASA nos alegró la tarde con una de esas noticias de investigación pura: ¡estan redefiniendo los perfiles alares para adaptarlos a una atmósfera no terrestre!
Allá por 2021 explicábamos los problemas de volar en Marte, el problema de la densidad de la atmósfera marciana. La gravedad de Marte es entorno a un tercio de la de la Tierra (3.72m/s² frente a los 9.81m/s²), lo que hace que los 1.8kg de masa pesen menos allí que aquí. Sin embargo ¡la densidad de la atmósfera es de un 1% la de nuestro planeta (~0.01kg /m3 frente a los 1.225kg/m3)! Para que el helicóptero vuele, la sustentación proporcionada por sus palas debe al menos igualar la masa del helicóptero. Como la sustentación depende del tamaño de las palas, la velocidad a la que roten y la densidad del gas en el que se mueven, y al ser ésta última tan baja, se han tenido que utilizar palas de 1.2m de diámetro capaces de rotar a 2400rpm para elevar los menos de dos kilos (1.8kg) del helicóptero. Y tuvieron que desarrollar un nuevo perfil aerodinámico para las palas. Ahora, además, los están optimizando.
Los investigadores de la NASA están sentando las bases de la aerodinámica en una atmósfera no terrestre, optimizando perfiles alares para la atmósfera marciana, mediante simulaciones informáticas de alta fidelidad y ensayos en túneles de viento, sentando las bases para helicópteros capaces de volar más alto y más lejos mientras realizan ciencia en el planeta rojo.
El Ingenuity fue el primer helicóptero que voló fuera de la Tierra. La misión SkyFall, cuyo lanzamiento está previsto para 2028, pretende colocar en Marte otros tres para seguir investigando el planeta.
El resultado de optimizar los perfiles alares para la atmósfera marciana son diseños poco convencionales, en comparación con los tradicionales optimizados para la atmósfera terrestre, más delgados y afilados que, al estar optimizados para volar en Marte, permitirán a las próximas aeronaves mejorar su alcance, techo y autonomía. Se han realizado comparaciones con el perfil del Ingenuity, y los resultados han sido muy favorables. Según la nota de prensa, permitiría a futuros helicópteros marcianos ampliar las distancias voladas sin tomas intermedias desde los 0,7 kilómetros de Ingenuity hasta unos 18,7 kilómetros
Nos cuenta la nota de prensa, que las nuevas palas funcionaron bien, en parte, porque pudieron operar durante más tiempo a velocidades más altas antes de experimentar un fenómeno conocido como «divergencia de resistencia», en el que el rendimiento cae de forma repentina cuando los rotores se acercan a la velocidad del sonido, que en Marte es mucho menor que en la Tierra, pues la densidad de la atmósfera es mucho menor.
La nueva pala también se diferencia de los diseños anteriores en cómo juega con la capa límite turbulenta para mejorar la eficacia generando sustentación.
Otro desafío ha sido el estudio de los nuevos perfiles ante la entrada en pérdida. En las condiciones estudiadas el diseño roamx-0201 mostró un comportamiento en pérdida significativamente mejorado, respecto al perfil del Ingenuity. Esto significa que los futuros helicópteros podrían operar de forma segura en un rango más amplio de velocidades y ángulos de paso.
Los investigadores pertenecen al Centro de Investigación Ames de la NASA, en Silicon Valley (California), junto con un equipo del Imperial College de Londres (Reino Unido) y otro de la Universidad de Nagoya (Japón) . El nuevo perfil aerodinámico ha sido bautizado como roamx-0201. Los resultados los publicaron en un artículo publicado el 22 de septiembre en la revista del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA).
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