Lentävän ajoneuvon rakentamisella Marsiin olisi merkittäviä etuja pinnan tutkimisessa. Se on vain 1,6% maan ilmantiheydestä merenpinnan tasolla, anna tai ota. Tämä tarkoittaa, että tavanomaisten lentokoneiden olisi lentävä erittäin nopeasti Marsille pysyäkseen korkealla. Keskimääräinen Cessna olisi vaikeuksissa.
Mutta luonto voi tarjota vaihtoehtoisen tavan tarkastella tätä ongelmaa.
Minkä tahansa lentävän (tai uima) eläimen, koneen jne. Juoksevasta käytöstä voidaan tehdä yhteenveto nimellä Reynolds Number (Re). Re on yhtä suuri kuin ominainen pituus x nopeus x nestetiheys jaettuna dynaamisella viskositeetilla. Se on inertiaalivoimien ja viskoosien voimien suhteen mitta. Keskimääräinen lentokoneesi lentää korkealla Re: paljon hitautta suhteessa ilman tarttuvuuteen. Koska Marsin ilmantiheys on alhainen, ainoa tapa saada tämä hitaus on mennä todella nopeasti. Kaikki lentäjät eivät kuitenkaan toimi korkealla Re: lla: suurin osa lentävistä eläimistä lentää paljon alhaisemmalla Re: llä. Erityisesti hyönteiset toimivat melko pienillä Reynolds-numeroilla (suhteellisesti ottaen). Itse asiassa jotkut hyönteiset ovat niin pieniä, että ne uivat ilman läpi eikä lentävät. Joten, jos mitoitamme vähän virheen kaltaista kriitikkoa tai pientä lintua, saatamme saada jotain, joka voi liikkua Marsin ilmapiirissä ilman, että meidän tarvitsee mennä järjetöntä nopeasti.
Tarvitsemme yhtälöjärjestelmää pienen robotin rajoittamiseksi. Osoittautuu, että se ei ole liian kovaa. Karkeana arvioina voimme käyttää Colin Pennycuickin keskimääräistä räpytystaajuusyhtälöä. Perustuen Pennycuickin (2008) leikkuutaajuusodotuksiin, räpytystaajuus vaihtelee suunnilleen kehon massana 3/8-voimaan, painovoimakiihtyvyyteen 1/2-tehoon, span -23 / 24-tehoon, siipialueeseen -1 / 3 teho ja nestetiheys -3/8 tehoon. Se on kätevää, koska voimme säätää vastaamaan Marsin painovoimaa ja ilman tiheyttä. Mutta meidän on tiedettävä, irtoammeko vortseja siipistä kohtuullisella tavalla. Onneksi siellä on myös tunnettu suhde: Strouhalin numero. Str (tässä tapauksessa) on räpytys amplitudi x räpytystaajuus jaettuna nopeudella. Risteilylennolla se osoittautuu melko rajoittavaksi.
Botimme pitäisi siis päätyä arvoon Str välillä 0,2 - 0,4, samalla kun se vastaa Pennycuick-yhtälöä. Ja sitten lopuksi meidän on saatava Reynolds-luku alueelta suurelle elävälle lentävälle hyönteiselle (pienet hyönteiset lentävät omituisessa tilassa, jossa suuri osa työntövoimasta on vetämispohjaista, joten huomioimme ne toistaiseksi). Hawkmothit ovat hyvin tutkittuja, joten meillä on heidän Re-sarjansa erilaisille nopeuksille. Nopeudesta riippuen se vaihtelee noin 3 500 - noin 15 000. Joten jossain tuo pallokenttä tekee.
Järjestelmän ratkaisemiseksi on olemassa muutamia tapoja. Tyylikäs tapa on luoda käyrät ja etsiä leikkauspisteitä, mutta nopea ja helppo tapa on lyödä se matriisiohjelmaan ja ratkaista iteratiivisesti. En anna kaikkia mahdollisia vaihtoehtoja, mutta tässä on yksi, joka toimi melko hyvin idean saamiseksi:
Massa: 500 grammaa
Span: 1 metri
Siipisivusuhde: 8,0
Tämä antaa Str: n 0,31 (oikealla rahalla) ja Re on 13 900 (kunnollinen) nostokerroin 0,5 (mikä on kohtuullinen risteilylle). Idean saamiseksi tällä botilla olisi suunnilleen lintumaisia mittasuhteita (samanlainen kuin ankka), vaikkakin hieman kevyellä puolella (ei kova hyvällä synteettisellä materiaalilla). Se kuitenkin läpäisee suuremman kaaren läpi korkeammalla taajuudella kuin lintu täällä maan päällä, joten se näyttää hiukan kuin jättiläinen koi, joka on etäällä Maan koulutetusta silmästämme. Lisäbonuksena, koska tämä botti lentää koiraspelissä Reynolds-järjestelmässä, on uskottavaa, että se voisi pystyä hyppäämään hyvien hyönteisten erittäin korkeisiin nostokertoimiin lyhyen ajanjakson ajan käyttämällä epävakaata dynamiikkaa. CL: n ollessa CL (joka on mitattu pienille lepakoille ja perhosille, samoin kuin joillekin suurille mehiläisille), pudotusnopeus on vain 19,24 m / s. Max CL on hyödyllisin laskeutumiseen ja laskeutumiseen. Joten: voimmeko käynnistää botimme nopeudella 19,24 m / s?
Oletetaan hauskanpitoa varten, oletetaan, että lintu- / vikabotimme myös käynnistyy kuin eläin. Eläimet eivät lennä kuin lentokoneet; he käyttävät ballistista aloitusta työntämällä alustaa. Nyt hyönteiset ja linnut käyttävät tätä kävelevissä raajoissa, mutta lepakot (ja todennäköisesti pterosaurukset) käyttävät siipiä tuplaamaan työntöjärjestelminä. Jos teimme robotti siipiensä työntökelpoisiksi, niin voimme käyttää samaa moottoria käynnistämiseen kuin lentää, ja osoittautuu, että paljon työntöä ei tarvita. Matalan Marsin painovoiman ansiosta edes pieni harppaus kulkee pitkälle, ja siivet voivat jo lyödä lähellä 19,24 m / s sellaisenaan. Joten vain pieni hop tekee sen. Jos olemme fancy, voimme laittaa hiukan enemmän reikää siihen, ja se pääsee ulos kraatereista jne. Joko niin, botimme on oltava vain noin 4% yhtä tehokas hyppääjä kuin hyvien biologisten hyppääjien tekemään. se vauhtiin.
Nämä numerot ovat tietysti vain karkea esimerkki. On monia syitä siihen, että avaruusohjelmat eivät ole vielä käynnistäneet tämän tyyppisiä robotteja. Käyttöönottoon, virtalähteeseen ja ylläpitoon liittyvät ongelmat tekisivät nämä järjestelmät erittäin haastaviksi tehokkaassa käytössä, mutta se ei välttämättä ole mahdotonta. Ehkä jonain päivänä roverimme lähettävät ankan kokoisia koi-robotteja parempaan tutustumiseen muihin maailmoihin.
