Изграждането на летящо превозно средство за Марс би имало значителни предимства за изследване на повърхността. Това е само 1,6% от плътността на земния въздух на морско ниво, дайте или вземете. Това означава, че конвенционалните самолети ще трябва да летят много бързо на Марс, за да останат на височина. Средната ти Сесна би изпаднала в затруднение.
Но природата може да предложи алтернативен начин за разглеждане на този проблем.
Режимът на флуида на всяко летящо (или плуващо) животно, машина и др. Може да се обобщи с нещо, наречено число на Рейнолдс (Re). Re е равен на характерната дължина x скорост x плътност на течността, разделен на динамичния вискозитет. Тя е мярка за съотношението на инерционните сили към вискозните. Вашият среден самолет лети с висока Re: много инерция по отношение на лепкавостта на въздуха. Тъй като плътността на въздуха на Марс е ниска, единственият начин да постигнете тази инерция е да вървите наистина бързо. Въпреки това, не всички листовки работят при висока Re: повечето летящи животни летят на много по-ниска Re. По-специално насекомите действат при доста малки числа на Рейнолдс (сравнително казано). Всъщност някои насекоми са толкова малки, че плуват във въздуха, а не летят. Така че, ако мащабираме малко подобен на буболечки или малка птица, може да получим нещо, което може да се движи в марсианската атмосфера, без да се налага да ходим безумно бързо.
Имаме нужда от система от уравнения, за да ограничим нашия малък бот. Оказва се, че това не е твърде трудно. Като приблизително приближение можем да използваме средното уравнение на честотата на махане на Колин Пеникуик. Въз основа на очакванията за честотата на махане от Pennycuick (2008), честотата на махане варира приблизително като маса на тялото до мощност 3/8, гравитационно ускорение до 1/2 мощност, обхват до -23/24 мощност, площ на крилото до -1 / 3 мощност и плътност на течността до -3/8 мощност. Това е удобно, защото можем да коригираме, за да съответстваме на марсианската гравитация и плътност на въздуха. Но трябва да знаем дали изхвърляме вихри от крилата по разумен начин. За щастие, има известна връзка и там: числото на Strouhal. Str (в този случай) е амплитуда на махане x честота на размахване, разделена на скорост. При круизен полет се оказва доста ограничен.
Следователно нашият бот трябва да завърши с Str между 0,2 и 0,4, като в същото време съответства на уравнението на Pennycuick. И тогава, най-накрая, трябва да вземем номер на Рейнолдс в обхвата за голямо живо летящо насекомо (мънички насекоми летят в странен режим, където голяма част от задвижването се основава на драг, така че засега ще ги игнорираме). Хоукмотите са добре проучени, така че разполагаме с тяхната Re гама за най-различни скорости. В зависимост от скоростта, тя варира от около 3 500 до около 15 000. Така че някъде в този балпарк ще направим.
Има няколко начина за решаване на системата. Елегантният начин е да генерирате кривите и да потърсите точките на пресичане, но бърз и лесен метод е да го забиете в матрична програма и да го решите итеративно. Няма да дам всички възможни опции, но ето един, който се справи доста добре, за да дам идея:
Маса: 500 грама
Педя: 1 метър
Съотношение на крилото: 8.0
Това дава Str от 0,31 (право върху парите) и Re от 13 900 (приличен) при коефициент на повдигане 0,5 (което е разумно за круизи). За да даде идея, този бот би имал приблизително подобни на птици пропорции (подобно на патица), макар и малко от лека страна (не трудно с добри синтетични материали). Той обаче ще прескочи през по-голяма дъга с по-висока честота от птица тук на Земята, така че ще изглежда малко като гигантски молец на разстояние от нашите обучени на Земята очи. Като допълнителен бонус, тъй като този бот лети в режим на Рейнолдс от молци, вероятно е да може да прескочи до много високите коефициенти на повдигане на насекомите за кратки периоди, използвайки нестабилна динамика. При CL от 4.0 (който е измерен за малки прилепи и мухоловки, както и за някои големи пчели), скоростта на застоя е едва 19,24 m / s. Max CL е най-полезен за кацане и изстрелване. И така: можем ли да стартираме нашия бот със скорост 19.24 m / s?
За забавление, да приемем, че ботът ни за птици / бъгове също се изстрелва като животно. Животните не излитат като самолети; те използват балистично посвещение чрез натискане от субстрата. Сега насекомите и птиците използват ходещи крайници за това, но прилепите (и вероятно птерозаврите) използват крилата, за да се удвоят като изтласкващи системи. Ако направихме крилата на ботовете изтласкващи, тогава можем да използваме същия двигател за изстрелване, както за летене, и се оказва, че не е необходимо много натискане. Благодарение на ниската гравитация на Марс, дори и малък скок върви дълъг път, а крилата вече могат да бият близо 19,24 m / s, каквито са. Така че само малко хоп ще го направи. Ако изпитваме фантазия, можем да сложим малко повече удар върху това и това ще се измъкне от кратери и т.н. Така или иначе, нашият бот трябва само да бъде около 4% толкова ефективен, колкото добри биологични джъмпери, за да направи до скорост.
Тези числа, разбира се, са само груба илюстрация. Има много причини космическите програми все още да не са пуснали роботи от този тип. Проблеми с внедряването, захранването и поддръжката биха направили тези системи много трудни за ефективно използване, но това може да не е напълно невъзможно. Може би някой ден нашите роувъри ще разгърнат боти с размер на патица за по-добра разузнавателна дейност в други светове.
