Du kanske tycker att att flyga en helikopter på Mars är en besynnerlig, helt osannolikt föreställning. Copters, trots allt, uppnå lyft genom att avböja luftflödet med sina rotorblad, som denna handbok från Federal Aviation Administration förklarar. Och Mars har inte mycket luft för att göra det. Dess tunna atmosfär, faktiskt, är mindre än 1 procent av volymen av atmosfären på jorden.

Väl, om du tror att det inte går att göra, NASA är ute efter att bevisa att du har fel. När rymdorganisationen lanserar sin nya Mars 2020 -rover på en resa till den röda planeten i juli 2020, den kommer att ha Mars -helikoptern, ett miniatyr robotflygplan, fäst vid den. Den experimentella helikoptern, som är i slutfasen av testningen, väger lite mindre än 1,8 kilo och dess blad är cirka 1,2 meter långa, från spets till spets. NASA-forskare hoppas att det kommer att uppnå den första flygningen någonsin av ett tyngre än luftfartyg på den röda planeten.

NASA har faktiskt arbetat med att utveckla en helikopter som kan flyga på Mars i decennier nu, som Bob Balaram, projektets överingenjör vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory nära Pasadena, Kalifornien, förklarar via mejl. Men att lösa alla tekniska utmaningar var en skrämmande uppgift.

"En helikopter för Mars måste vara tillräckligt tuff för att överleva resan till Mars (höga g-laster, vibration, etc.) och de miljöförhållanden som det kommer att möta i rymden och vid ankomst (kall nattetid, etc.), "Säger Balaram." Utformningen av sådana som fordon måste också ta itu med den unika aerodynamiken i den tunna Mars -atmosfären, vilket ställer utmanande viktbegränsningar på fordonets design. Det har varit möjligt att möta dessa stränga massbegränsningar först nyligen, med tillkomsten av lätt elektronik (t.ex. mobiltelefonkomponenter), och batteriteknik (t.ex. litiumjonceller). "

För att uppnå lyft i en atmosfär som motsvarar att vara 100, 000 fot (30, 400 meter) i höjd på jorden - mer än dubbelt den maximala höjd som helikoptrar har nått på den här planeten - Marscopters blad kommer att snurra vid 2, 300-2, 900 varv per minut, cirka 10 gånger snabbare än jordhelikoptrar gör.

Men att uppnå lyft är bara en av de saker som handläggaren måste hantera. Det måste också kunna överleva Mars brutalt kalla nattemperaturer, som kan komma ner till minus 100 grader Fahrenheit (minus 73 grader Celsius), enligt Space.com. Och den måste kunna ladda sig själv, som den åstadkommer via en inbyggd solpanel. Och på grund av fördröjningstiden för att överföra elektroniska instruktioner från jorden, det kan inte styras av en människa med en joystick hemma. Istället, den kommer att förlita sig på inbyggda sensorer.

Enheten på Mars 2020 -uppdraget är utformat för att visa att det är möjligt att flyga på Mars, snarare än att bedriva annan forskning. Men om det fungerar som planerat, framtida helikoptrar blir större och mer kapabla. "Den speciella designen som valdes för den tekniska demonstratorn (motroterande koaxialrotorer) var att maximera prestanda för det tillgängliga utrymmet på Mars 2020-rovern, "Säger Balaram." Nästa generations vetenskapshelikoptrar skulle använda konfigurationer med flera rotorer med nyttolast i intervallet 0,5 till 2 kilo (1,1 till 4,4 pund). Fordonsstorlekar kan vanligtvis ligga i intervallet 20 till 30 kilo (44 till 66 pund). Huvudbegränsningen skulle vara att förpacka rotorbladen och det övergripande systemet till en konfiguration som är kompatibel med landningsdesigner för Mars. "

Helikoptrar och andra typer av flygplan kan vara extremt användbara för framtida Mars -prospektering, särskilt om de är utplacerade tillsammans med robotrovers på planetens yta.

"Särskilt, de är väl lämpade för att ta kameror, sensorer, och andra instrument till terräng som är för extrema eller instabila för ytrovers-högvinkliga sluttningar, klippor, mycket grov stenblockad terräng, extremt mjuka jordar, etc., "Dave Lavery, programledare för utforskning av solsystem i NASA:s Planetary Science Division, förklarar via mejl. "Flygande plattformar kan också möjliggöra användning av sensorer över relativt stora terrängområden som skulle vara oerhört tidskrävande för en rover, eller så småningom en människa, att täcka, "som att få detaljerade skanningar av 40 hektar stora områden på Mars yta." De kommer också att vara användbara för att bära små nyttolaster, som att distribuera små instrument i ett vetenskapsintresseområde eller hämta prover och lämna tillbaka dem till ett centralt förråd för analys. "

Du kanske tror att orbital satellitbilder av Mars skulle tjäna till att göra flygundersökningar av Mars yta onödiga, men ett flygplan som flyger på en lägre höjd kan ta ännu högre upplösta bilder och samla andra användbara data som en satellits instrument inte kunde hantera. Satellitteknik "är begränsad när en detaljerad närbild av en viss region önskas, "Lavery förklarar." Genom att ge möjlighet att flyga en kamera eller sensor några tiotals eller hundratals meter över ytan, istället för hundratals kilometer, atmosfäriska plattformar kan möjliggöra mycket detaljerade vyer av utvalda regioner på planeten. "

Helikoptrar kan vara en hjälp för eventuella mänskliga kolonister på den röda planeten. "Ytterligare uppgifter som en Mars -helikopter kan utföra inkluderar leverans av nödutrustning, eller delar för reparationer, "förklarar Dale Skran, i ett mejl. Han är ordförande för verkställande kommittén för National Space Society, en ideell organisation som förespråkar rymdutveckling och bosättning. "Dock, kanske den mest betydande fördelen kan vara ultrahög kvalitet, multispektrala bilder för att stödja sökandet efter resurser som behövs av framtida mars bosättare. "

Skran föreställer sig framtida generationer av copers med mer sofistikerade funktioner. "En helt eller mestadels autonom helikopter, i kombination med artificiell intelligensbaserad dataanalys, stöder den snabba utforskningen och utvärderingen av potentiella resurser på Mars med minimal mänsklig intervention, "säger han." Det här är kritiskt eftersom i början av marsutforskning och bosättning, mänskligt arbete kommer att vara bristfälligt. "

Lavery noterade att robotcopters också kunde fungera som avancerade spanare för både rovers och astronauter som utforskade Mars -ytan. Genom att kolla in terrängen och ge en visuell förhandsvisning, han säger, "dessa spanare skulle förbättra effektiviteten och säkerheten vid ytoperationer genom att eliminera farliga eller ineffektiva vägar från överväganden och undvika" blindgångar "som inte kunde identifieras av satelliter i omloppsbana."

En Mars-helikopter som kunde transportera astronauter föreslogs redan i mitten av 1960-talet. Här är en illustration av konceptet.