Vytvorenie lietajúceho vozidla pre Mars by malo významné výhody pri prieskume povrchu. Je to iba 1,6% hustoty vzduchu Zeme na hladine mora. To znamená, že konvenčné lietadlo by muselo letieť veľmi rýchlo na Mars, aby zostalo vo vzduchu. Vaša priemerná Cessna by mala problémy.
Príroda však môže poskytnúť alternatívny spôsob riešenia tohto problému.
Tekutý režim akéhokoľvek lietajúceho (alebo plávajúceho) zvieraťa, stroja atď. Možno zhrnúť podľa niečoho, čo sa nazýva Reynoldsovo číslo (Re). Re sa rovná charakteristickej dĺžke x rýchlosť x hustota tekutiny, vydelené dynamickou viskozitou. Je to miera pomeru zotrvačných síl k viskóznym silám. Váš priemerný letún letí vo vysokej Re: veľa zotrvačnosti vo vzťahu k lepivosti vzduchu. Pretože hustota vzduchu na Marse je nízka, jediný spôsob, ako dosiahnuť túto zotrvačnosť, je ísť naozaj rýchlo. Nie všetci letci však pôsobia vo vysokých Re: väčšina lietajúcich zvierat letí s oveľa nižšou Re. Najmä hmyz pracuje s pomerne malými Reynoldsovými číslami (relatívne povedané). V skutočnosti sú niektoré druhy hmyzu také malé, že plávajú vzduchom a nie lietajú. Ak teda trochu zväčšíme zviera podobného hmyzu alebo malého vtáka, mohli by sme dostať niečo, čo sa môže pohybovať v marťanskej atmosfére bez toho, aby sme museli ísť šialene rýchlo.
Potrebujeme systém rovníc, aby sme obmedzili náš malý robot. Ukázalo sa, že to nie je príliš ťažké. Ako približnú aproximáciu môžeme použiť priemernú rovnicu kmitania s kmitaním Colina Pennycuicka. Na základe očakávaní ohybnej frekvencie od Pennycuick (2008) sa frekvencia ohybovej frekvencie približne líši v závislosti od telesnej hmotnosti až 3/8 sily, gravitačného zrýchlenia na 1/2 sily, rozpätia k 23/24 moci, plochy krídla k -1 / 3 výkon a hustota tekutiny do výkonu -3/8. Je to užitočné, pretože sa dokážeme prispôsobiť gravitácii a hustote vzduchu v Marse. Potrebujeme však vedieť, či primeraným spôsobom vylučujeme víry z krídla. Našťastie existuje aj známy vzťah: Strouhalovo číslo. Str (v tomto prípade) je flapping amplitúda x flapping frekvencia vydelená rýchlosťou. Pri cestovnom letu sa ukázalo, že je dosť obmedzený.
Náš robot by preto mal skončiť so Str medzi 0,2 a 0,4, pričom by zodpovedal Pennycuickovej rovnici. A potom, konečne, potrebujeme získať Reynoldsovo číslo v dosahu veľkého žijúceho lietajúceho hmyzu (drobný hmyz letí v podivnom režime, kde je veľká časť ťahu ťahaná, takže ich teraz budeme ignorovať). Hawkmoths sú dobre preštudované, takže máme Re rozsah pre rôzne rýchlosti. V závislosti od rýchlosti sa pohybuje od okolo 3 500 do okolo 15 000. Takže niekde v tom parkovom parku bude.
Existuje niekoľko spôsobov riešenia systému. Elegantným spôsobom je generovať krivky a hľadať priesečníky, ale rýchlou a ľahkou metódou je proraziť ich do maticového programu a iteratívne vyriešiť. Nebudem dávať všetky možné možnosti, ale tu je tá, ktorá veľmi dobre prepracovala myšlienku:
Hmotnosť: 500 gramov
Rozpätie: 1 meter
Pomer strán krídla: 8,0
To dáva Str 0,31 (priamo na peniaze) a Re 13 900 (slušné) pri koeficiente zdvihu 0,5 (čo je rozumné pre cestovné). Na predstavu by tento robot mal zhruba vtáčie rozmery (podobné kačici), aj keď trochu na svetlej strane (nie je to ťažké pri dobrých syntetických materiáloch). Prekročilo by to však väčším oblúkom pri vyššej frekvencii ako vták tu na Zemi, takže by to vyzeralo trochu ako obrovský mol vo vzdialenosti k našim očiam vyškoleným na Zemi. Ako bonus navyše, pretože tento robot letí v móde-ishovom Reynoldsovom režime, je pravdepodobné, že pomocou nestabilnej dynamiky by mohol byť schopný na krátky čas skočiť k veľmi vysokým zdvihovým koeficientom hmyzu. Pri CL 4,0 (ktorá sa merala pre malé netopiere a mušky, ako aj pre niektoré veľké včely) je rýchlosť zastavenia iba 19,24 m / s. Max CL je najužitočnejší na pristátie a vypustenie. Takže: môžeme spustiť náš robot pri rýchlosti 19,24 m / s?
Pre zábavu sa predpokladajme, že naše vtáčie / bugové topánky sa tiež spúšťajú ako zviera. Zvieratá sa nedajú vzlietnuť ako lietadlá; používajú balistickú iniciáciu tlačením zo substrátu. Teraz hmyz a vtáky na to používajú chodiace končatiny, ale netopiere (a pravdepodobne pterosaury) používajú krídla na zdvojnásobenie ako tlačiace systémy. Ak sme robili krídla robotov push-hodné, potom môžeme použiť rovnaký motor na spustenie ako lietať, a ukáže sa, že nie je potrebný žiadny tlak. Vďaka nízkej gravitácii na Marse i malý skok prešiel dlhú cestu a krídla už môžu poraziť rýchlosť okolo 19,24 m / s. Takže to urobí len malý skok. Ak sa cítime fantázie, môžeme na to dať trochu viac rany, a to sa dostane z kráterov atď. V oboch prípadoch musí byť náš robot len asi 4% tak efektívny skokan, ako dobrý biologický skokan, aby urobil to až do rýchlosti.
Tieto čísla sú, samozrejme, iba približné. Existuje veľa dôvodov, prečo vesmírne programy zatiaľ nespustili roboty tohto typu. Problémy s rozmiestnením, napájaním a údržbou by spôsobili, že tieto systémy by boli veľmi náročné efektívne používať, ale nemusí byť celkom nemožné. Možno jedného dňa naše vozítka nasadia kačice veľké mory pre lepšiu obozretnosť na iných svetoch.
