La NASA sta lavorando a un nuovo profilo per le pale dei futuri elicotteri marziani, che potrebbe permettere loro di percorrere fino a 18.7 chilometri in un singolo volo. Il profilo si chiama roamx-0201 ed è stato sviluppato dall’Ames Research Center, in California, insieme all’Imperial College di Londra e all’Università di Nagoya, in Giappone. I risultati sono stati pubblicati il 22 settembre sulla rivista dell’American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA).
Per confronto, il volo più lungo di Ingenuity, il primo velivolo a motore ad aver volato su un altro pianeta, aveva coperto 704 metri. Secondo le simulazioni, le nuove pale permetterebbero quindi di coprire una distanza oltre 26 volte maggiore, e con strumenti scientifici a bordo. Ricordiamo che proprio le pale erano state il punto debole nell’ultimo volo di Ingenuity, il 72esimo, il 18 gennaio 2024: dopo un atterraggio più veloce del previsto su una duna, tutte e quattro si erano spezzate, ponendo fine alla missione.
Una pala più sottile e asimmetrica
Volare su Marte non è semplice. L’atmosfera marziana ha una densità pari a circa l’1% di quella terrestre e, per generare abbastanza portanza, i rotori devono girare molto velocemente: quelli di Ingenuity superavano i 2400 giri al minuto. Sia Ingenuity che i tre elicotteri della missione SkyFall della NASA, il cui lancio è previsto alla fine del 2028, usano pale con un bordo curvo, simile ma non uguale a quello delle pale usate sulla Terra.
Il profilo roamx-0201, cioè la sezione trasversale della pala, è stato progettato con simulazioni avanzate e algoritmi tarati sulle condizioni marziane, che hanno portato i ricercatori verso una forma più sottile, affilata e asimmetrica. Il primo vantaggio riguarda la drag divergence, ovvero il brusco calo di prestazioni che si verifica quando le punte dei rotori si avvicinano alla velocità del suono. Su Marte questa è più bassa che sulla Terra, circa 240 m/s contro i 343 terrestri, e le nuove pale riescono a lavorare più a lungo ad alta velocità prima di incontrare il problema.
La cosa più interessante, però, è che il nuovo profilo disturba di proposito lo strato limite (boundary layer), cioè la sottile regione d’aria che scorre a contatto con la pala, proprio sul bordo d’attacco. In modo controintuitivo, questa turbolenza aiuta a tirare la pala verso l’alto, generando portanza in modo più efficace rispetto ai design precedenti.
Più stabile, ma non ancora pronta per Marte
Durante i test, il roamx-0201 ha mostrato anche un comportamento migliore in stallo, la condizione in cui, dopo un cambio dell’angolo con cui l’aria investe la pala, le prestazioni crollano e il volo diventa instabile. Le pale di Ingenuity in queste condizioni perdevano rapidamente efficienza, mentre il nuovo profilo, almeno nelle condizioni studiate, si è dimostrato molto più robusto. In pratica, i futuri elicotteri potrebbero volare in sicurezza con un intervallo più ampio di angoli di volo.
Il nuovo design non è pensato per SkyFall, ma per le missioni che verranno dopo. SkyFall prevede di rilasciare i suoi tre elicotteri direttamente durante la discesa nell’atmosfera marziana, per poi usarli per studiare la geologia del sito e cercare ghiaccio d’acqua sotto la superficie con un radar. Elicotteri capaci di coprire decine di chilometri in un singolo volo amplierebbero di molto l’area esplorabile.
La NASA ha comunque precisato che la tecnologia non è ancora pronta per volare su Marte. Per ora i test servono soprattutto a capire e correggere le differenze tra le previsioni delle simulazioni e le prestazioni reali. L’obiettivo dichiarato è arrivare a elicotteri più efficienti, capaci di volare più lontano e trasportare più carico utile.
