Η κατασκευή ενός ιπτάμενου οχήματος για τον Άρη θα είχε σημαντικά πλεονεκτήματα για την εξερεύνηση της επιφάνειας. Είναι μόνο το 1,6% της πυκνότητας του αέρα της Γης στο επίπεδο της θάλασσας, δίνει ή παίρνει. Αυτό σημαίνει ότι τα συμβατικά αεροσκάφη θα πρέπει να πετούν πολύ γρήγορα στον Άρη για να παραμείνουν ψηλά. Η μέση Cessna θα ήταν σε μπελάδες.
Αλλά η φύση μπορεί να προσφέρει έναν εναλλακτικό τρόπο για να εξετάσουμε αυτό το πρόβλημα.
Το υγρό καθεστώς οποιουδήποτε ιπτάμενου (ή κολύμπι) ζώου, μηχανής κ.λπ. μπορεί να συνοψιστεί με κάτι που ονομάζεται Reynolds Number (Re). Το Re ισούται με το χαρακτηριστικό μήκος x ταχύτητα x πυκνότητα υγρού, διαιρούμενο με το δυναμικό ιξώδες. Είναι ένα μέτρο της αναλογίας των αδρανειακών δυνάμεων προς τις ιξώδεις. Το μέσο αεροπλάνο σας πετά με υψηλή Re: πολλή αδράνεια σε σχέση με την κολλητικότητα του αέρα. Επειδή η αεροπορική πυκνότητα του Άρη είναι χαμηλή, ο μόνος τρόπος για να πάρετε αυτήν την αδράνεια είναι να πάτε πολύ γρήγορα. Ωστόσο, δεν λειτουργούν όλα τα ιπτάμενα σε υψηλό Re: τα περισσότερα ιπτάμενα ζώα πετούν σε πολύ χαμηλότερο Re. Τα έντομα, συγκεκριμένα, λειτουργούν σε αρκετά μικρούς αριθμούς Reynolds (σχετικά μιλώντας). Στην πραγματικότητα, ορισμένα έντομα είναι τόσο μικρά που κολυμπούν στον αέρα και όχι πετούν. Αν λοιπόν κλιμακώσουμε λίγο ένα μικρό πουλί ή μικρό πουλί, μπορεί να πάρουμε κάτι που μπορεί να κινηθεί στην αττική ατμόσφαιρα χωρίς να χρειαστεί να πάμε υπερβολικά γρήγορα.
Χρειαζόμαστε ένα σύστημα εξισώσεων για να περιορίσουμε το μικρό μας bot. Αποδεικνύεται ότι δεν είναι πολύ δύσκολο. Κατά προσέγγιση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέση εξίσωση συχνότητας αναδίπλωσης του Colin Pennycuick. Με βάση τις προσδοκίες συχνότητας αναδίπλωσης από την Pennycuick (2008), η συχνότητα αναδίπλωσης κυμαίνεται περίπου ως μάζα σώματος στην ισχύ 3/8, επιτάχυνση βαρύτητας στην ισχύ 1/2, έκταση έως την ισχύ -23/24, περιοχή πτέρυγας έως -1 Ισχύς / 3 και πυκνότητα υγρού έως την ισχύ -3/8. Αυτό είναι βολικό, επειδή μπορούμε να προσαρμόσουμε ώστε να ταιριάζει με τη βαρύτητα του Άρη και την πυκνότητα αέρα. Αλλά πρέπει να ξέρουμε εάν ρίχνουμε δίνες από τα φτερά με λογικό τρόπο. Ευτυχώς, υπάρχει και μια γνωστή σχέση: ο αριθμός Strouhal. Το Str (σε αυτή την περίπτωση) είναι το πλάτος πτύχωσης x η συχνότητα πτύχωσης διαιρείται με την ταχύτητα. Στην πτήση κρουαζιέρας, αποδεικνύεται ότι είναι αρκετά περιορισμένη.
Το bot μας θα πρέπει, συνεπώς, να καταλήξει σε Str μεταξύ 0,2 και 0,4, ενώ ταιριάζει με την εξίσωση Pennycuick. Και, τέλος, πρέπει να πάρουμε έναν αριθμό Reynolds στην περιοχή για ένα μεγάλο ζωντανό έντομο που πετά (μικροσκοπικά έντομα πετούν σε ένα παράξενο καθεστώς όπου μεγάλο μέρος της πρόωσης βασίζεται σε έλξη, οπότε θα τα αγνοήσουμε προς το παρόν). Τα Hawkmoths είναι καλά μελετημένα, οπότε διαθέτουμε το εύρος Re για διάφορες ταχύτητες. Ανάλογα με την ταχύτητα, κυμαίνεται από περίπου 3.500 έως περίπου 15.000. Έτσι κάπου σε αυτό το πάρκο θα κάνει.
Υπάρχουν μερικοί τρόποι επίλυσης του συστήματος. Ο κομψός τρόπος είναι να δημιουργήσετε τις καμπύλες και να αναζητήσετε τα σημεία τομής, αλλά μια γρήγορη και εύκολη μέθοδος είναι να το τρυπήσετε σε ένα πρόγραμμα μήτρας και να το λύσετε επαναληπτικά. Δεν θα δώσω όλες τις πιθανές επιλογές, αλλά εδώ είναι μια που λειτούργησε αρκετά καλά για να δώσω μια ιδέα:
Μάζα: 500 γραμμάρια
Διάρκεια: 1 μέτρο
Λόγος διαστάσεων πτέρυγας: 8.0
Αυτό δίνει ένα Str 0,31 (δεξιά στα χρήματα) και Re 13,900 (αξιοπρεπές) με συντελεστή ανύψωσης 0,5 (που είναι λογικό για κρουαζιέρες). Για να δώσω μια ιδέα, αυτό το bot θα έχει περίπου αναλογίες που μοιάζουν με πουλιά (παρόμοια με μια πάπια), αν και λίγο στην ελαφριά πλευρά (όχι σκληρή με καλά συνθετικά υλικά). Ωστόσο, θα κτυπήσει ένα μεγαλύτερο τόξο σε υψηλότερη συχνότητα από ένα πουλί εδώ στη Γη, οπότε θα μοιάζει λίγο με έναν τεράστιο σκώρο σε απόσταση από τα μάτια μας που εκπαιδεύονται στη Γη. Ως πρόσθετο μπόνους, επειδή αυτό το bot πετάει σε ένα Reynolds Regency, είναι εύλογο να μπορεί να μεταβεί στους πολύ υψηλούς συντελεστές ανύψωσης των εντόμων για σύντομες περιόδους χρησιμοποιώντας ασταθή δυναμική. Σε CL 4,0 (το οποίο έχει μετρηθεί για μικρές νυχτερίδες και flycatchers, καθώς και για μερικές μεγάλες μέλισσες), η ταχύτητα στάβλου είναι μόνο 19,24 m / s. Το Max CL είναι πιο χρήσιμο για προσγείωση και εκκίνηση. Λοιπόν: μπορούμε να ξεκινήσουμε το bot μας στα 19,24 m / s;
Για διασκέδαση, ας υποθέσουμε ότι το bot μας πουλιών / σφαλμάτων ξεκινά επίσης σαν ζώο. Τα ζώα δεν απογειώνονται σαν αεροπλάνα. χρησιμοποιούν μια βαλλιστική μύηση πιέζοντας από το υπόστρωμα. Τώρα, τα έντομα και τα πουλιά χρησιμοποιούν τα πόδια για τα πόδια, αλλά οι νυχτερίδες (και πιθανώς οι πτερόσαυροι) χρησιμοποιούν τα φτερά για να διπλασιαστούν ως συστήματα ώθησης. Αν φτιάξαμε τα φτερά των bots μας με άξονα ώθησης, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ίδιο κινητήρα για να ξεκινήσουμε με το να πετάμε και αποδεικνύεται ότι δεν απαιτείται πολύ ώθηση. Χάρη στη χαμηλή βαρύτητα του Άρη, ακόμη και ένα μικρό άλμα προχωρά πολύ, και τα φτερά μπορούν ήδη να κτυπήσουν κοντά στα 19,24 m / s όπως είναι. Λοιπόν, μόνο ένα μικρό hop θα το κάνει. Εάν αισθανόμαστε φανταχτερά, μπορούμε να το βάλουμε λίγο περισσότερο, και αυτό θα βγει από κρατήρες, κλπ. Είτε έτσι είτε αλλιώς, το bot μας πρέπει να είναι μόνο περίπου 4% αποδοτικότερο, όπως οι καλοί βιολογικοί άλτες να κάνουν μέχρι την ταχύτητα.
Αυτοί οι αριθμοί, φυσικά, είναι απλώς μια πρόχειρη εικόνα. Υπάρχουν πολλοί λόγοι που τα διαστημικά προγράμματα δεν έχουν ακόμη ξεκινήσει ρομπότ αυτού του τύπου. Τα προβλήματα με την ανάπτυξη, την τροφοδοσία και τη συντήρηση θα κάνουν αυτά τα συστήματα πολύ δύσκολο να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά, αλλά μπορεί να μην είναι εντελώς αδύνατο. Ίσως κάποια μέρα οι οδηγοί μας θα αναπτύξουν σκώρους σε σχήμα πάπιας για καλύτερη αναγνώριση σε άλλους κόσμους.
