Izgradnja letećeg vozila za Mars imala bi značajne prednosti za istraživanje površine. To je samo 1,6% gustoće zraka na Zemlji na razini mora, dajte ili uzmite. To znači da bi konvencionalni zrakoplovi vrlo brzo morali letjeti na Marsu da bi ostali na vodi. Vaša prosječna Cessna bila bi u problemima.
Ali priroda može pružiti alternativni način gledanja na ovaj problem.
Režim fluida svake leteće (ili plivajuće) životinje, stroja itd. Može se sažeti s nečim što se naziva Reynoldsov broj (Re). Re je jednak karakterističnoj duljini x brzini x gustoći tekućine, podijeljen s dinamičkom viskoznošću. To je mjera omjera inercijskih sila prema viskoznim. Vaš prosječni zrakoplov leti na visokim Re: puno inercije u odnosu na ljepljivost zraka. Budući da je gustoća zraka na Marsu niska, jedini način da se postigne ta inercija je ići stvarno brzo. Međutim, ne rade svi letači na visokom Re: većina letećih životinja leti na znatno nižem Reu. Insekti, posebno, djeluju pri prilično malom Reynoldsovom broju (relativno gledano). Zapravo su neki insekti toliko mali da plivaju zrakom, a ne lete. Dakle, ako malo poprilično pojedemo štekača ili malu pticu, možda ćemo dobiti nešto što se može kretati u marsovskoj atmosferi, a da ne idemo suludo brzo.
Potreban nam je sustav jednadžbi da bismo ograničili našeg malog robota. Ispada da nije previše naporno. Kao grubu aproksimaciju, možemo upotrijebiti jednadžbu Colin Pennycuickove prosječne jednadžbe flekanja. Na temelju očekivanja Pennycuicka (2008) o frekvenciji zakrcavanja, frekvencija zakrcavanja otprilike varira od mase tijela do snage 3/8, gravitacijskog ubrzanja do snage 1/2, raspona od -23/24 snage, područja krila do -1 / 3 snage i gustoće tekućine do -3/8 snage. To je zgodno, jer možemo prilagoditi marsovskoj gravitaciji i gustoći zraka. Ali moramo znati hoćemo li na razuman način ispustiti vrtloge sa krila. Srećom, tamo je poznat i odnos: Strouhalov broj. Str (u ovom slučaju) je amplituda lepršanja x frekvencija zakrivljenja podijeljena s brzinom. U krstarenju se ispada prilično suzdržano.
Naš bi bot, dakle, trebao završiti s Str između 0,2 i 0,4, istovremeno odgovarajući Pennycuickovoj jednadžbi. I onda, konačno, moramo nabaviti Reynoldsov broj u dometu za velikog živog letećeg insekta (sitni insekti lete u neobičnom režimu gdje se velik dio pogona temelji na povlačenju, pa ćemo ih za sada ignorirati). Hawkmoths su dobro proučeni, tako da imamo njihov raspon Re za različite brzine. Ovisno o brzini, kreće se od oko 3.500 do oko 15.000. Dakle, negdje u tom parku će napraviti.
Postoji nekoliko načina rješavanja sustava. Elegantan način je generirati krivulje i tražiti točke sjecišta, ali brz i jednostavan način je usitnjavanje u program matrice i rješavanje iterativno. Neću dati sve moguće opcije, ali evo jedne koja je prilično dobro funkcionirala kako bih dala ideju:
Masa: 500 grama
Raspon raspona: 1 metar
Omjer krila: 8,0
To daje Str od 0,31 (pravo na novac) i Re od 13,900 (pristojno) uz koeficijent podizanja 0,5 (što je razumno za krstarenje). Da bih dao ideju, ovaj bi bot imao otprilike ptičje proporcije (slično patci), iako malo na laganoj strani (nije čvrst s dobrim sintetskim materijalima). Međutim, letjela bi kroz veći luk s većom frekvencijom od ptice ovdje na Zemlji, tako da bi malo podsjećala na divovskog moljca udaljenost od naših očiju treniranih na Zemlji. Kao dodatni bonus, budući da ovaj bot leti u Reynoldsovom režimu od moljaca, vjerovatno je da bi mogao kratkim vremenima uskočiti do vrlo visokih koeficijenata dizanja insekata koristeći nestabilnu dinamiku. U CL-u od 4,0 (koji je izmjeren za male šišmiše i muvare, kao i neke velike pčele), brzina stajanja je samo 19,24 m / s. Max CL je najkorisniji za slijetanje i lansiranje. Dakle: možemo li pokrenuti svog robota u 19,24 m / s?
Za zabavu, pretpostavimo da se naš botin i ptica buba pokreću i kao životinja. Životinje se ne polijeću poput aviona; koriste balističku inicijaciju guranjem iz podloge. Sad, insekti i ptice za to koriste udove za hodanje, ali šišmiši (i vjerojatno pterosauri) koriste krila da bi se udvostručili kao sustav guranja. Ako smo svoja botova krila učinili dovoljno vrijednim, onda za pokretanje možemo koristiti isti motor kao i da se ispostavi da nije potrebno mnogo guranja. Zahvaljujući niskoj gravitaciji Marsa, i mali skok ide dug put, a krila već mogu pobijediti blizu 19,24 m / s. Dakle, samo malo hopa će to učiniti. Ako se osjećamo maštovito, možemo staviti malo više udaraca na to i to će se izvući iz kratera itd. Bilo kako bilo, naš bot mora biti samo oko 4% efikasan skakač kao dobri biološki skakači da bi napravili to do brzine.
Ti su brojevi, naravno, samo gruba ilustracija. Postoji mnogo razloga što svemirski programi još nisu lansirali robote ove vrste. Problemi s raspoređivanjem, napajanjem i održavanjem učinili bi ove sustave vrlo zahtjevnim za učinkovitu uporabu, ali možda neće biti i potpuno nemogući. Možda će jednog dana naši veslači razmjestiti patke veličine mokra patke za bolje izviđanje na drugim svjetovima.
