سيكون لبناء مركبة طيران للمريخ مزايا كبيرة لاستكشاف السطح. إنها فقط 1.6٪ من كثافة الهواء الأرضي عند مستوى سطح البحر ، تأخذها أو تأخذها. وهذا يعني أن الطائرات التقليدية يجب أن تطير بسرعة كبيرة على سطح المريخ لتبقى عالياً. سيسنا متوسط الخاص بك سيكون في ورطة.
لكن الطبيعة قد توفر طريقة بديلة للنظر إلى هذه المشكلة.
يمكن تلخيص النظام المرن لأي حيوان طائر (أو سباحة) أو آلة وما إلى ذلك بشيء يسمى رقم رينولدز (Re). يساوي Re الطول المميز × السرعة × كثافة السوائل ، مقسومًا على اللزوجة الديناميكية. إنه مقياس لنسبة قوى القصور الذاتي إلى اللزوجة. تطير متوسط طائرتك على ارتفاع عال: الكثير من القصور الذاتي نسبة إلى الالتصاق الجوي. لأن كثافة الهواء في المريخ منخفضة ، فإن الطريقة الوحيدة للحصول على هذا القصور الذاتي هي الذهاب بسرعة كبيرة. ومع ذلك ، لا تعمل جميع النشرات على ارتفاع Re: معظم الحيوانات الطائرة تطير على Re أقل بكثير. تعمل الحشرات ، على وجه الخصوص ، بأعداد صغيرة جدًا من رينولدز (تحدث نسبيًا). في الواقع ، بعض الحشرات صغيرة جدًا لدرجة أنها تسبح في الهواء بدلاً من الطيران. لذا ، إذا صعدنا مخلوقًا يشبه الحشرات أو طائرًا صغيرًا قليلاً ، فقد نحصل على شيء يمكن أن يتحرك في جو المريخ دون الاضطرار إلى الذهاب بسرعة جنونية.
نحن بحاجة إلى نظام من المعادلات لتقييد الروبوت الصغير لدينا. تبين أن ذلك ليس صعبًا للغاية. كتقريب تقريبي ، يمكننا استخدام متوسط معادلة تردد كولين بينيكويك. استنادًا إلى توقعات تردد الخفقان من Pennycuick (2008) ، يختلف تردد الخفقان تقريبًا مثل كتلة الجسم إلى قوة 3/8 ، وتسارع الجاذبية إلى قوة 1/2 ، يمتد إلى قوة 23/24 ، ومنطقة الجناح إلى -1 / 3 القوة وكثافة السوائل إلى -3/8 قوة. هذا مفيد ، لأنه يمكننا التكيف مع جاذبية المريخ وكثافة الهواء. لكننا نحتاج إلى معرفة ما إذا كنا نتخلص من الدوامات من الأجنحة بطريقة معقولة. لحسن الحظ ، هناك علاقة معروفة هناك أيضًا: رقم ستروهال. Str (في هذه الحالة) هو ترفرف السعة × ترفرف التردد مقسومًا على السرعة. في الرحلة المبحرة ، اتضح أنها مقيدة للغاية.
وبالتالي ، يجب أن ينتهي البوت لدينا ب Str بين 0.2 و 0.4 ، مع مطابقة معادلة Pennycuick. وأخيرًا ، نحتاج إلى الحصول على رقم رينولدز في النطاق لحشرة طيور حية كبيرة (تطير الحشرات الصغيرة في نظام غريب حيث يعتمد الكثير من الدفع على السحب ، لذلك سنتجاهلها الآن). تتم دراسة Hawkmoths بشكل جيد ، لذلك لدينا مجموعة Re لمجموعة متنوعة من السرعات. اعتمادًا على السرعة ، تتراوح من حوالي 3500 إلى حوالي 15000. حتى مكان ما في هذا الملعب سوف تفعل.
هناك عدة طرق لحل النظام. الطريقة الأنيقة هي إنشاء المنحنيات والبحث عن نقاط التقاطع ، ولكن الطريقة السريعة والسهلة هي لكمها في برنامج مصفوفة وحلها بشكل متكرر. لن أعطي كل الخيارات الممكنة ، ولكن إليك أحد الخيارات التي عملت بشكل جيد لإعطاء فكرة:
الكتلة: 500 جرام
سبان: 1 متر
نسبة أبعاد الجناح: 8.0
هذا يعطي Str من 0.31 (مباشرة على المال) و Re من 13900 (لائق) بمعامل رفع 0.5 (وهو معقول للإبحار). لإعطاء فكرة ، سيكون هذا البوت له أبعاد تشبه الطيور تقريبًا (تشبه البط) ، وإن كان قليلاً على الجانب الفاتح (ليس صعبًا مع المواد الاصطناعية الجيدة). ومع ذلك ، فإنه يرفرف من خلال قوس أكبر على تردد أعلى من طائر هنا على الأرض ، لذلك سيبدو قليلاً مثل فراشة عملاقة على مسافة من أعيننا المدربة على الأرض. كمكافأة إضافية ، لأن هذا البوت يطير في نظام رينولدز العثة ، فمن المعقول أنه قد يكون قادرًا على القفز إلى معاملات الرفع العالية جدًا للحشرات لفترات وجيزة باستخدام ديناميكيات غير مستقرة. عند CL 4.0 (الذي تم قياسه للخفافيش الصغيرة ومصيد الذباب ، وكذلك بعض النحل الكبير) ، فإن سرعة المماطلة هي 19.24 م / ث فقط. Max CL هو الأكثر فائدة للهبوط والانطلاق. لذا: هل يمكننا إطلاق روبوتنا عند 19.24 م / ث؟
للمتعة ، لنفترض أن روبوت الطيور / الحشرات ينطلق أيضًا كحيوان. الحيوانات لا تقلع مثل الطائرات ، يستخدمون الباليستية بالدفع من الركيزة. الآن ، تستخدم الحشرات والطيور أطراف المشي لهذا ، ولكن الخفافيش (وربما التيروصورات) تستخدم الأجنحة لمضاعفة أنظمة الدفع. إذا جعلنا روبوتاتنا جديرة بالدفع ، فيمكننا استخدام نفس المحرك لإطلاق الطيران ، وتبين أنه لا يتطلب الكثير من الدفع. بفضل جاذبية المريخ المنخفضة ، حتى قفزة صغيرة تقطع شوطا طويلا ، ويمكن للأجنحة أن تضرب بالفعل بالقرب من 19.24 م / ث كما هي. لذلك سوف تفعل ذلك مجرد قفزة صغيرة. إذا كنا نشعر بالخيال ، فيمكننا وضع المزيد من الضربات عليه ، وهذا سيخرج من الحفر ، وما إلى ذلك. وفي كلتا الحالتين ، يحتاج البوت الخاص بنا إلى حوالي 4 ٪ فقط من القفاز مثل القافزات البيولوجية الجيدة لصنع يصل إلى السرعة.
هذه الأرقام ، بالطبع ، مجرد توضيح تقريبي. هناك العديد من الأسباب التي تجعل برامج الفضاء لم تطلق بعد روبوتات من هذا النوع. من شأن مشاكل النشر وإمداد الطاقة والصيانة أن تجعل هذه الأنظمة صعبة للغاية في الاستخدام الفعال ، ولكن قد لا يكون ذلك مستحيلًا تمامًا. ربما في يوم من الأيام ستنقل مركباتنا روبوتات فراشة بحجم البط من أجل استطلاع أفضل في عوالم أخرى.
