Для марсианских вертолётов нового поколения сделали гибкие антенны георадаров — они будут искать залежи воды

NASA испытало сверхлёгкую радиолокационную антенну для будущих марсианских вертолётов проекта SkyFall. Три аппарата этой миссии должны обследовать поверхность Марса с воздуха и искать неглубоко залегающий водяной лёд, который в перспективе может стать источником воды, кислорода и компонентов ракетного топлива для пилотируемых экспедиций.

Орбитальные радары способны обнаруживать мощные залежи льда на глубине в десятки метров, однако они значительно хуже исследуют верхние несколько метров грунта. Миссия SkyFall должна решить эту проблему, выполняя полёты низко над поверхностью и получая более детальные радиолокационные снимки марсианского реголита.

Георадар вертолётов будет работать в чрезвычайно широком диапазоне от 500 до 2500 МГц, что соответствует длинам волн примерно от 60 до 12 см. Низкочастотная часть диапазона позволит зондировать грунт на глубину до нескольких метров, а более высокие частоты дадут лучшее разрешение верхних слоёв и деталей поверхности. Главной проблемой оказалась антенна: обычная конструкция для таких частот имела бы длину около 48 см, тогда как расстояние от нижней части корпуса вертолёта до поверхности при посадке составляет всего около 15 см. Поэтому антенну решено было сделать гибкой — практически как тряпочку.

Тем самым антенну сделали лёгкой и способной складываться при каждой посадке. Она примерно в полтора раза длиннее опор вертолёта, чего удалось добиться благодаря дополнительной оптимизации, поэтому при касании грунта должна частично изгибаться, в том числе при попадании на камень, а после взлёта самостоятельно возвращаться в рабочую форму. Конструкцию заключили в полиэстер и несколько слоёв высокопрочного материала Vectran — аналогичный материал использовался в посадочных подушках марсоходов Spirit и Opportunity. Форму в полёте поддерживают гибкие стеклопластиковые ленточные пружины, а крепление выполнено из магниевого сплава. Масса всей антенной системы составляет около 150 г — как два смычка для скрипки, отчего антенну прозвали «Вивальди» (Vivaldi).

Во время испытаний антенну многократно изгибали, подвергали температурным циклам, имитирующим перепады марсианских суток до 94 °C, и периодически проверяли в радиочастотной камере. При испытаниях её даже переворачивали так, чтобы земная гравитация нагружала конструкцию сильнее, чем она будет нагружаться при марсианской силе тяжести. Прототип выдержал эквивалент 200 посадок — более чем вдвое больше необходимого для основной программы миссии — без заметного ухудшения радиолокационных характеристик. Теперь инженеры создают образец для вибрационных испытаний, проверки развёртывания в условиях, имитирующих Марс, и полевых тестов.

Каждый из трёх 5-килограммовых вертолётов SkyFall должен получить четыре научных прибора. Запуск миссии NASA сейчас планирует на конец 2028 года на первом в истории земной космонавтики корабле с ядерным двигателем.