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NASA“新边疆”任务 太空无人机探索土星卫星土卫六

当NASA的“新边疆”任务蜻蜓降落在土星卫星土卫六的表面上时,它不会停留在一个地方很长时间。这是因为对这项任务的科学探索-两者都带有蜻蜓的绰号-是由宾州州立大学航天工程师团队设计的旋翼无人机。蜻蜓是由约翰·霍普金斯大学的应用物理实验室提出并监督的,它的主要指示是加深我们对这个独特的天体的理解。除了我们自己的星球以外,土卫六是我们发现大量稳定的地表液体的唯一其他地方-在土卫六的情况下,海洋中的甲烷气体和河流。这一事实与月球富含碳的化学物质相结合,使泰坦成为研究天体生物学,生命的益生元起源以及外星人居住可能性的理想场所。

航天工程副教授杰克·兰格兰(Jack Langelaan)指出,考虑到任务参数,宾夕法尼亚州立大学是一个明确的选择。“在过去的25年中,宾州州立大学通过我们的垂直升力卓越研究中心(该中心是三个国家直升机研究中心之一),一直处于直升机研究的最前沿。约翰·霍普金斯需要一个拥有非常丰富的直升机经验的团队来进军然后开始研究任务的直升机方面。”为了切实执行任务,从字面上看,约翰·霍普金斯大学的团队需要一个在旋转航空工程领域具有卓越专业知识的合作伙伴。

与NASA之前所有的火星飞行任务都包括地面漫游车不同,土卫六的环境提供了独特的机会。大气密,浓,富氮,重力低,飞行可行。随之而来的是扩大的任务范围。但是,表面条件也给宾州州立大学团队提出了许多挑战,专门研究旋翼航空器的机械学和飞机结冰的航空工程副教授何塞·帕拉西奥斯(Jose Palacios)解释说。Palacios说:“现在拥有气氛的挑战在于,当您离太阳太远时,这是一种非常寒冷的气氛。” “我们谈论的是氮气和甲烷,温度低至-180摄氏度。因此,这是在泰坦(Titan)飞行的主要挑战之一。您正在处理旋转框架中的轴承,如果没有这些轴承,它们可能会冻结。正确的润滑脂。您的零件可能会在尺寸上膨胀或收缩,并且可能会使零件有些卡住。这些都是必须经过实验评估并在我们飞行之前演示的东西。”

好吧,在与飞行器打交道时必须考虑的另一个问题是飞行。配备有科学仪器的蜻蜓仍必须遵守穿越泰坦大气层所必需的清洁设计规则。Sven Schmitz是航空工程和旋翼空气动力学专家的副教授,负责蜻蜓的主要设计。施密茨说:“我面临的挑战之一是与约翰·霍普金斯大学和美国宇航局的同事交谈,这些同事习惯于大规模漫游车,这些天线左右左右都伸出来。” “作为一名空气动力学专家,我正在尝试向他们教授空气动力学101,并说,’嘿,我们可以将天线以其他角度摆放在其他地方吗?’ 等等,以使飞行器具有更高的空气动力学性能。因为它可以帮助我们完成一次给定飞行的飞行距离以及对飞机的控制程度。”

完成最终车辆的设计,测试和交付后,宾州州立大学的团队将暂停一会儿。从发射到土卫六都是8年的历程。到达后,蜻蜓将在设计团队提供的运营支持下“唤醒”并开始执行其任务。该项目从一开始就是跨部门和跨学科的工作。埃德·史密斯(Ed Smith)是帕拉西奥斯(Palacios),施米兹(Schmitz)和兰格拉安(Langelaan)团队的成员,他是垂直提升研究卓越中心的主任。Schmitz认为,这种协作方式表明了大学的精神。施密茨指出:“宾州州立大学是一个真正支持和庆祝合作的好地方。” “这一直是宾夕法尼亚州的’我们是’州。它从行政管理到教职员工再到学生再到一切。”

 

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