La NASA riprogetta le pale del rotore dell’elicottero marziano per estenderne l’autonomia e migliorare le prestazioni nella rarefatta atmosfera di Marte

Gli ingegneri della NASA stanno compiendo i prossimi passi verso voli di routine su Marte, riprogettando le pale del rotore per aiutare i futuri elicotteri a percorrere distanze maggiori e a operare più efficacemente nell’atmosfera estremamente rarefatta del pianeta. Sulla scia del successo pionieristico di Ingenuity — il primo velivolo a realizzare un volo a motore e controllato su un altro mondo — i ricercatori stanno ora utilizzando una modellazione informatica avanzata insieme a prove in galleria del vento per rimodellare la tecnologia di base che rende possibili questi voli.

Questa spinta arriva mentre la NASA prepara la missione SkyFall, prevista per il lancio nel 2028, che invierà tre elicotteri su Marte. Come Ingenuity, i velivoli di SkyFall si basano su pale progettate su misura per le condizioni marziane, inclusa una caratteristica estremità curva che ricorda — ma non è la stessa cosa — le pale dei rotori concepite per l’atmosfera più densa della Terra. Ma l’obiettivo di più lungo periodo della NASA va oltre SkyFall: gli ingegneri vogliono che i futuri velivoli a rotore possano volare più in alto, trasportare strumenti scientifici e coprire distanze molto più grandi in un unico balzo sulla superficie marziana.

Per arrivarci, i team stanno esplorando geometrie di pala che si discostano dai progetti convenzionali, incluse forme più sottili e più affilate rispetto a quanto abbia finora volato su Marte. All’Ames Research Center della NASA, nella Silicon Valley in California, i ricercatori stanno collaborando con l’Imperial College London e la Nagoya University per valutare una nuova sezione trasversale di pala, nota come profilo alare (airfoil), pensata per migliorare in modo sostanziale le prestazioni in condizioni simili a quelle marziane.

Il profilo alare sperimentale — chiamato roamx-0201 — è stato sviluppato utilizzando simulazioni ad alta fedeltà e algoritmi di ottimizzazione specificamente tarati sull’ambiente del Pianeta Rosso. Questi strumenti computazionali hanno orientato il team verso un profilo più sottile e asimmetrico. Quando il progetto è stato successivamente testato in galleria del vento, i risultati hanno indicato un miglioramento aerodinamico e una maggiore capacità di recupero da condizioni di volo rischiose.

Utilizzando software di simulazione dettagliati, i ricercatori hanno confrontato le prestazioni di roamx-0201 con le capacità dimostrate da Ingenuity. La loro analisi suggerisce che pale riprogettate basate sul nuovo profilo alare potrebbero consentire ai futuri elicotteri marziani, anche trasportando carichi utili scientifici, di aumentare drasticamente la distanza percorsa in un singolo volo — dai circa 0,7 chilometri di Ingenuity fino a ben 18,7 chilometri senza atterrare. Il lavoro è stato riportato in un articolo pubblicato il 22 settembre su una rivista dell’American Institute of Aeronautics and Astronautics.

Uno dei motivi per cui il nuovo profilo alare funziona bene è che può sostenere velocità operative più elevate per più tempo prima di raggiungere la “drag divergence”, un brusco calo dell’efficienza aerodinamica che può verificarsi quando la velocità delle estremità del rotore si avvicina alla velocità del suono. Questo effetto è particolarmente rilevante su Marte perché la velocità del suono è più bassa rispetto alla Terra, il che significa che i velivoli a rotore possono incorrere prima in penalizzazioni legate alla comprimibilità.

Il progetto adotta anche un approccio diverso alla generazione della portanza, manipolando la turbolenza. Quando l’aria scorre sopra una pala, forma un sottile “strato limite” vicino alla superficie. Roamx-0201 interrompe intenzionalmente quello strato limite proprio sul bordo d’attacco, creando una perturbazione che paradossalmente aiuta a tirare verso l’alto la pala e aumenta la portanza rispetto ai progetti precedenti.

Lo stallo—un altro grande pericolo per i velivoli ad ala rotante—sembra anch’esso migliorato. Lo stallo si verifica quando variazioni dell’angolo del flusso d’aria fanno collassare la portanza e rendono il volo instabile. Nelle condizioni studiate, il profilo alare roamx-0201 ha mostrato un comportamento nettamente migliore in prossimità dello stallo rispetto alle pale di Ingenuity, indicando un potenziale inviluppo operativo sicuro più ampio per le missioni future.

La tecnologia non è ancora pronta per volare su Marte, ma l’insieme di test e modellazione sta aiutando gli ingegneri a capire dove le previsioni e le misurazioni nel mondo reale divergono—un passaggio essenziale verso velivoli ad ala rotante più efficienti. Lo sforzo più ampio della NASA mira a rendere possibili futuri elicotteri marziani in grado di volare più lontano, trasportare più strumenti e aprire nuove categorie di esplorazione scientifica.

Perché conta

Elicotteri marziani con maggiore raggio d’azione potrebbero trasformare l’esplorazione raggiungendo terreni troppo pericolosi o troppo lenti per i rover, mentre perlustrano i percorsi e portano nuova scienza da siti difficili da raggiungere. Se i guadagni prestazionali osservati nelle simulazioni e nei test in galleria del vento si tradurranno in hardware di volo, le missioni future dopo SkyFall potrebbero coprire molta più distanza per sortita. Il prossimo traguardo chiave sarà convalidare questi progetti a livello di sistema, dove materiali, limiti di produzione e la dinamica dell’intero rotore possono vincolare ciò che l’aerodinamica, da sola, prevede.