Stavba létajícího vozidla pro Mars by měla pro průzkum povrchu značné výhody. Je to jen 1,6% hustoty vzduchu Země na hladině moře. To znamená, že konvenční letadla by musela letět velmi rychle na Marsu, aby zůstala nahoře. Vaše průměrná Cessna by měla potíže.
Příroda však může poskytnout alternativní způsob, jak se podívat na tento problém.
Tekutý režim jakéhokoli létajícího (nebo plaveckého) zvířete, stroje atd. Lze shrnout podle něčeho, co se nazývá Reynoldsovo číslo (Re). Re se rovná charakteristické délce x rychlost x hustota tekutiny, děleno dynamickou viskozitou. Je to míra poměru setrvačných sil k viskózním silám. Váš průměrný letoun letí ve vysoké Re: hodně setrvačnosti vzhledem k přilnavosti vzduchu. Protože hustota vzduchu na Marsu je nízká, jediným způsobem, jak dosáhnout této setrvačnosti, je jít opravdu rychle. Ne všichni letci však operují ve vysoké Re: většina létajících zvířat létá v mnohem nižší Re. Hmyz pracuje zejména s poměrně malými Reynoldsovými čísly (relativně řečeno). Ve skutečnosti jsou některé druhy hmyzu tak malé, že plavou vzduchem, spíše než létají. Pokud tedy trochu zvětšíme zvířátko podobného bugovi nebo malého ptáka, můžeme dostat něco, co se může pohybovat v marťanské atmosféře, aniž bychom museli šlápnout rychle.
Potřebujeme systém rovnic, abychom omezili naši malou botičku. Ukázalo se, že to není příliš těžké. Jako přibližnou aproximaci můžeme použít průměrnou kmitočtovou rovnici Colina Pennycuicka. Na základě očekávání mávání frekvencí od Pennycuick (2008) se frekvence mávání frekvencí mění přibližně podle tělesné hmotnosti až 3/8 síly, gravitačního zrychlení na 1/2 síly, rozpětí k -23/24 síly, plochy křídla k -1 / 3 výkon a hustota tekutin na výkon -3/8. To je užitečné, protože se můžeme přizpůsobit marťanské gravitaci a hustotě vzduchu. Potřebujeme však vědět, zda přiměřeně uvolňujeme víry z křídel. Naštěstí existuje také známý vztah: Strouhalovo číslo. Str (v tomto případě) je flapping amplituda x flapping frekvence děleno rychlostí. V cestovním letu se ukázalo, že je docela omezený.
Náš robot by proto měl skončit Str mezi 0,2 a 0,4, zatímco by odpovídal Pennycuickově rovnici. A pak konečně potřebujeme získat Reynoldsovo číslo v dosahu velkého žijícího létajícího hmyzu (drobný hmyz létá v podivném režimu, kde je hodně pohonu založeno na tažení, takže je prozatím ignorujeme). Hawkmoths jsou dobře prozkoumány, takže máme jejich rozsah Re pro různé rychlosti. V závislosti na rychlosti se pohybuje v rozmezí od 3 500 do 15 000. Takže někde v tom parkovém parku to udělá.
Existuje několik způsobů řešení systému. Elegantní způsob je generovat křivky a hledat průsečíky, ale rychlou a snadnou metodou je prorazit ji do maticového programu a iterativně vyřešit. Nebudu dávat všechny možné možnosti, ale tady je jedna, která dobře fungovala, aby poskytla nápad:
Hmotnost: 500 gramů
Rozpětí: 1 metr
Poměr stran křídla: 8,0
To dává Str 0,31 (přímo na peníze) a Re 13,900 (slušné) při koeficientu zdvihu 0,5 (což je rozumné pro cestovní). Pro představu by tato bota měla zhruba ptačí rozměr (podobný kachně), i když trochu na světelné straně (není to těžké u dobrých syntetických materiálů). Klapala by však větším obloukem při vyšší frekvenci než pták zde na Zemi, takže by to vypadalo trochu jako obří můra ve vzdálenosti od našich Země vycvičených očí. Jako bonus navíc, protože tento robot létá v režimu Reynoldsova moth-ish, je pravděpodobné, že by mohl být schopen na krátkou dobu přeskočit k velmi vysokým zdvihovým koeficientům hmyzu pomocí nestálé dynamiky. Při CL 4,0 (která byla měřena pro malé netopýry a mušky, stejně jako pro některé velké včely) je rychlost zastavení pouze 19,24 m / s. Max CL je nejužitečnější pro přistání a vypuštění. Takže: můžeme spustit náš robot rychlostí 19,24 m / s?
Pro zábavu, předpokládejme, že náš pták / bug bot také zahajuje jako zvíře. Zvířata nevzlétají jako letadla; používají balistickou iniciaci tlačením ze substrátu. Nyní, hmyz a ptáci používají chodící končetiny pro toto, ale netopýři (a pravděpodobně pterosaurs) použití křídla se zdvojnásobí jako tlačí systémy. Pokud jsme udělali z našich botů křídla push-hodné, pak můžeme použít stejný motor ke spuštění jako k letu, a ukáže se, že není tolik tlačení je nutné. Díky nízké gravitaci na Marsu, i malý skok prochází dlouhou cestu a křídla již mohou porazit téměř 19,24 m / s. Takže to udělá jen malý skok. Pokud se cítíme rádi, můžeme na to dát trochu větší ránu, a to se dostane z kráterů atd. Ať tak či onak, naše bota musí být asi 4% stejně účinná jako skok, jako dobrý biologický skokan, aby to až do rychlosti.
Tato čísla jsou samozřejmě pouze přibližná. Existuje mnoho důvodů, proč kosmické programy dosud nespustily roboty tohoto typu. Problémy s nasazením, napájením a údržbou by způsobily, že by tyto systémy byly velmi obtížně efektivní, ale nemusí to být úplně nemožné. Možná jednoho dne naše vozítka rozmístí kachny velké můry pro lepší průzkum v jiných světech.
