Побудова літаючого апарату для Марса мала б значні переваги для дослідження поверхні. Це лише 1,6% щільності повітря Землі на рівні моря, дайте чи візьміть. Це означає, що звичайні літаки повинні були летіти дуже швидко на Марс, щоб залишатися на висоті. Ваша середня Сессна буде в біді.
Але природа може запропонувати альтернативний спосіб погляду на цю проблему.
Режим текучості будь-якої літаючої (або плавальної) тварини, машини тощо може бути узагальнений чимось, що називається числом Рейнольдса (Re). Re дорівнює характерній довжині x швидкості x щільності рідини, поділеній на динамічну в'язкість. Це міра відношення інерційних сил до в'язких. Ваш середній літак летить на великій Ре: багато інерції щодо клейкості повітря. Оскільки щільність повітря на Марсі низька, єдиний спосіб отримати таку інерцію - це йти дуже швидко. Однак не всі літаючі літаки працюють на високому рівні Re: більшість літаючих тварин літають на значно нижчому рівні Re. Комахи, зокрема, оперують досить невеликою кількістю Рейнольдса (відносно кажучи). Насправді деякі комахи такі маленькі, що вони плавають по повітрю, а не літають. Таким чином, якщо ми трохи навели масштаб подібного клопа або маленького птаха, ми можемо отримати щось, що може рухатися в марсіанській атмосфері, не маючи шаленої швидкості.
Нам потрібна система рівнянь для обмеження нашого маленького бота. Виявляється, це не надто жорстко. Як приблизне наближення, ми можемо використовувати середнє рівняння частоти плескання Коліна Пеннікуїка. Виходячи з очікуваних частот, що ляскають від Pennycuick (2008), частота маховика коливається приблизно від маси тіла до потужності 3/8, гравітаційного прискорення до 1/2 потужності, від діапазону до -23/24 потужності, площі крила до -1 / 3 потужність і щільність рідини до -3/8 потужності. Це зручно, тому що ми можемо налаштувати відповідно до марсіанської сили тяжіння та щільності повітря. Але нам потрібно знати, чи викидаємо вихори з крил розумним чином. На щастя, є відомі стосунки і там: номер Strouhal. Str (в даному випадку) - це амплітуда плескання x частота махання, поділена на швидкість. У крейсерському польоті це виявляється досить стриманим.
Таким чином, наш бот повинен закінчувати Str між 0,2 і 0,4, дотримуючись рівняння Pennycuick. І тоді, нарешті, нам потрібно отримати число Рейнольдса в діапазоні для великої живої літаючої комахи (крихітні комахи летять у дивному режимі, де велика частина двигуна базується на дорозі, тому ми поки їх ігноруємо). Хокмоти добре вивчені, тому у нас є їх діапазон Re для різних швидкостей. Залежно від швидкості, вона коливається від близько 3500 до 15000. Тож десь у цьому балпарку зробимо.
Існує кілька способів вирішення системи. Елегантний спосіб - генерувати криві та шукати точки перетину, але швидкий і простий метод - це забити його в матричну програму і вирішити ітераційно. Я не дам усіх можливих варіантів, але ось один, який досить добре вийшов, щоб дати ідею:
Маса: 500 грам
Проліт: 1 метр
Співвідношення крила: 8,0
Це дає значення 0,31 (прямо на гроші) і Re 13,9900 (пристойний) при коефіцієнті підйому 0,5 (що розумно для подорожей). Щоб дати уявлення, цей бот мав приблизно пташині пропорції (схожі на качку), хоч і трохи на легкій стороні (не жорсткий з хорошими синтетичними матеріалами). Однак він би пролетів по більшій дузі з більшою частотою, ніж птах тут, на Землі, тож це було б схоже на гігантську молі на відстані до наших підготовлених очей Землі. Як додатковий бонус, оскільки цей бот літає в режимі Рейнольдса, який не працює проти молі, правдоподібно, що він може за короткий час перескочити до дуже високих коефіцієнтів підйому комах, використовуючи нестабільну динаміку. У КЛ 4,0 (який вимірювали для маленьких кажанів і мухоловків, а також деяких великих бджіл) швидкість стійлового становлення становить лише 19,24 м / с. Max CL є найбільш корисним для посадки та запуску. Отже: чи можемо ми запустити наш бот зі швидкістю 19,24 м / с?
Для розваги припустимо, що наш бот для птахів / клопів також запускається як тварина. Тварини не злітають, як літаки; вони використовують балістичну ініціативу, відштовхуючись від підкладки. Зараз комахи та птахи використовують для цього крокуючі кінцівки, але кажани (і, мабуть, птерозаври) використовують крила, щоб подвоїтися як системи штовхання. Якщо ми зробили крила ботів гідними, тоді для запуску ми можемо використовувати той самий мотор, що і для польоту, і виявляється, що не потрібно багато натискання. Завдяки низькій силі тяжіння на Марсі навіть невеликий стрибок проходить довгий шлях, і крила вже можуть бити близько 19,24 м / с. Так що трохи хоп зробить це. Якщо ми відчуваємо фантазію, ми можемо нанести на неї трохи більше удару, і це вийде з кратерів тощо. Так чи інакше, наш бот повинен бути лише на 4% настільки ефективним скакачем, як хороші біологічні перемички, щоб зробити це до швидкості.
Ці цифри, звичайно, лише приблизна ілюстрація. Існує багато причин того, що космічні програми ще не запустили роботів такого типу. Проблеми з розгортанням, живленням та технічним обслуговуванням зробить ці системи дуже складними для ефективного використання, але це може бути зовсім неможливо. Можливо, коли-небудь наші гребці розгорнуть бот-молі розміром з качками для кращої розвідки в інших світах.
