Construirea unui vehicul zburător pentru Marte ar avea avantaje semnificative pentru explorarea suprafeței. Este doar 1,6% din densitatea aerului Pământ la nivelul mării, dă sau ia. Aceasta înseamnă că aeronavele convenționale ar trebui să zboare foarte repede pe Marte pentru a rămâne înalte. Cessna dvs. medie ar avea probleme.
Dar natura poate oferi o modalitate alternativă de a privi această problemă.
Regimul fluid al oricărui animal zburător (sau înot), mașină etc. poate fi rezumat prin ceva numit Reynolds Number (Re). Re este egal cu lungimea caracteristică x viteză x densitatea fluidului, împărțită la vâscozitatea dinamică. Este o măsură a raportului forțelor inerțiale la cele vâscoase. Avionul dvs. mediu zboară la un nivel ridicat de Re: o mulțime de inerție în raport cu rezistența la aer. Deoarece densitatea aerului de pe Marte este scăzută, singura modalitate de a obține acea inerție este să mergi foarte repede. Cu toate acestea, nu toți fluturașii operează la Re mare: majoritatea animalelor zburătoare zboară la Re mult mai scăzute. Insectele, în special, funcționează la un număr destul de mic de Reynolds (relativ vorbind). De fapt, unele insecte sunt atât de mici încât înoată prin aer, decât să zboare. Așadar, dacă am crește un pic de tip bugter sau o pasăre mică, ar putea obține ceva care se poate mișca în atmosfera marțiană, fără a fi nevoie de a merge repede.
Avem nevoie de un sistem de ecuații pentru a ne limita micul bot. Se dovedește că nu este prea greu. Ca o aproximație aproximativă, putem utiliza ecuația medie a frecvenței de clapaj a lui Colin Pennycuick. Pe baza așteptărilor de frecvență de la Pennycuick (2008), frecvența de alunecare variază aproximativ ca masa corporală până la puterea 3/8, accelerația gravitațională până la puterea 1/2, intervalul până la puterea -23/24, zona aripilor până la -1 / 3 putere și densitatea fluidului la -3/8 putere. Este la îndemână, pentru că ne putem ajusta pentru a se potrivi cu gravitația mariană și densitatea aerului. Dar trebuie să știm dacă vărsăm vârtejurile din aripi într-un mod rezonabil. Din fericire, există și o relație cunoscută, de asemenea: numărul Strouhal. Str (în acest caz) este amplitudinea de flambaj x frecvența de flambaj împărțită la viteză. În zborul de croazieră, se dovedește a fi destul de restrâns.
Prin urmare, botul nostru ar trebui să termine cu un Str între 0,2 și 0,4, în timp ce se potrivește cu ecuația Pennycuick. Și apoi, în sfârșit, trebuie să obținem un număr Reynolds în intervalul pentru o insectă zburătoare vie mare (insectele minuscule zboară într-un regim ciudat în care o mare parte din propulsie este bazată pe tracțiune, așa că le vom ignora deocamdată). Hawkmoths sunt bine studiați, așa că avem gama Re pentru o varietate de viteze. În funcție de viteză, aceasta variază de la aproximativ 3.500 la aproximativ 15.000. Deci, undeva în acel pachet de bilete va face.
Există câteva moduri de rezolvare a sistemului. Modul elegant este de a genera curbele și de a căuta punctele de intersecție, dar o metodă rapidă și ușoară este să-l perforați într-un program matricial și să-l rezolvați iterativ. Nu voi oferi toate opțiunile posibile, dar iată una care a rezolvat destul de bine pentru a da o idee:
Masă: 500 grame
Interval: 1 metru
Raport aspect de aripi: 8,0
Acest lucru oferă un Str de 0,31 (drept pe bani) și Re de 13900 (decent) la un coeficient de ridicare de 0,5 (ceea ce este rezonabil pentru croazieră). Pentru a ne face o idee, acest bot ar avea proporții aproximativ asemănătoare păsărilor (asemănătoare cu o rață), deși un pic pe partea ușoară (nu este dur cu materiale sintetice bune). Cu toate acestea, s-ar strecura printr-un arc mai mare la o frecvență mai mare decât o pasăre aici pe Pământ, așa că ar părea un pic ca o molie uriașă, la distanță de ochii noștri pregătiți de Pământ. Ca un bonus suplimentar, deoarece acest bot zboară într-un regim Reynolds de molii, este plauzibil ca acesta să poată sări la coeficienții de ridicare foarte mari ai insectelor pentru perioade scurte, folosind dinamica nesigură. La un CL de 4.0 (care a fost măsurat pentru liliecii mici și a muștrelor, precum și pentru unele albine mari), viteza de fixare este de doar 19,24 m / s. Max CL este cel mai util pentru aterizare și lansare. Deci, putem lansa botul nostru la 19,24 m / s?
Pentru distracție, să presupunem că botul nostru pentru pasăre / bug se lansează și el ca un animal. Animalele nu decolează ca avioanele; folosesc o inițiere balistică prin împingere din substrat. Acum, insectele și păsările folosesc membre pentru mers, dar liliecii (și probabil pterozaurii) folosesc aripile pentru a se dubla ca sisteme de împingere. Dacă ne-am făcut ca aripile roșii să fie demni de apăsat, atunci putem folosi același motor pentru a lansa ca pentru a zbura și se dovedește că nu este nevoie de multă împingere. Datorită gravitației scăzute pe Marte, chiar și un mic salt merge mult, iar aripile pot bate deja în apropiere de 19,24 m / s așa cum este. Deci doar un pic de hop o va face. Dacă ne simțim fantezie, îi putem pune un pic mai mult și asta va ieși din cratere etc. acesta până la viteză.
Aceste numere, desigur, sunt doar o ilustrare brută. Există multe motive pentru care programele spațiale nu au lansat încă roboți de acest tip. Problemele legate de implementare, alimentare și întreținere ar face ca aceste sisteme să fie foarte dificil de utilizat în mod eficient, dar este posibil să nu fie cu totul imposibil. Poate că, într-o zi, roverii noștri vor disloca roboți de moli de rață pentru o mai bună recunoaștere a altor lumi.
