Lidojoša transportlīdzekļa būvēšanai Marsam būtu ievērojamas priekšrocības virsmas izpētē. Dodiet vai ņemiet tikai 1,6% no Zemes gaisa blīvuma jūras līmenī. Tas nozīmē, ka parastajām lidmašīnām nāksies ļoti ātri lidot uz Marsa, lai paliktu augšā. Jūsu vidējā Cessna būtu nepatikšanās.
Bet daba var piedāvāt alternatīvu veidu, kā aplūkot šo problēmu.
Jebkura lidojoša (vai peldēšanas) dzīvnieka, mašīnas utt. Šķidruma režīmu var apkopot ar kaut ko, ko sauc par Reinoldsa skaitli (Re). Re ir vienāds ar raksturīgo garumu x ātrumu x šķidruma blīvumu, dalītu ar dinamisko viskozitāti. Tas ir inerces spēku un viskozo spēku attiecības mērs. Jūsu vidējā lidmašīna lido augstu Re: daudz inerces attiecībā pret gaisa noturību. Tā kā Marsa gaisa blīvums ir zems, vienīgais veids, kā iegūt šo inerci, ir iet patiešām ātri. Tomēr ne visi lidotāji darbojas ar augstu Re līmeni: lielākā daļa lidojošo dzīvnieku lido ar daudz zemāku Re līmeni. Jo īpaši kukaiņi darbojas ar diezgan mazu Reinoldsa skaitu (salīdzinoši runājot). Patiesībā daži kukaiņi ir tik mazi, ka peld nevis pa gaisu, bet pa gaisu. Tātad, ja mēs nedaudz palielinātu bugām līdzīgu spīdekli vai mazu putnu, mēs varētu iegūt kaut ko tādu, kas var pārvietoties Marsa atmosfērā, neveicot pārlieku ātru ātrumu.
Mums ir vajadzīga vienādojumu sistēma, lai ierobežotu mūsu mazo robotu. Izrādās, ka tas nav pārāk grūts. Kā aptuvenu tuvinājumu mēs varam izmantot Kolina Pennikvika vidējā plandīšanās frekvences vienādojumu. Balstoties uz Pennycuick (2008) gaidāmajām flancēšanas frekvencēm, flinksēšanas frekvence mainās aptuveni kā ķermeņa masa līdz 3/8 jaudai, gravitācijas paātrinājums līdz 1/2 jaudai, span līdz -23/24 jaudai, spārna laukums līdz -1. / 3 jauda un šķidruma blīvums līdz -3/8. Tas ir parocīgi, jo mēs varam pielāgot, lai tie atbilstu Marsa smagumam un gaisa blīvumam. Bet mums jāzina, vai mēs saprātīgā veidā izmetam virpuļus no spārniem. Par laimi, arī tur ir zināmas attiecības: Strouhala numurs. Str (šajā gadījumā) ir plīšanas amplitūda x plīšanas frekvence, dalīta ar ātrumu. Kruīza lidojumā tas izrādās diezgan ierobežots.
Tāpēc mūsu robotprogrammatūrai vajadzētu būt ar Str starp 0,2 un 0,4, vienlaicīgi sakrītot ar Pennycuick vienādojumu. Un tad, visbeidzot, mums ir jāsaņem Reinoldsa numurs diapazonā lielam dzīvam lidojošam kukaiņam (mazi kukaiņi lido dīvainā režīmā, kur liela daļa vilces ir balstīta uz vilkšanu, tāpēc pagaidām tos ignorēsim). Hawkmoths ir labi izpētīti, tāpēc mums ir viņu Re diapazons dažādiem ātrumiem. Atkarībā no ātruma tas svārstās no aptuveni 3500 līdz apmēram 15 000. Tātad kaut kur tajā ballparkā tiks darīts.
Sistēmas risināšanai ir daži veidi. Elegants veids ir ģenerēt līknes un meklēt krustošanās punktus, bet ātra un ērta metode ir to ievietot matricas programmā un iteratīvi atrisināt. Es nesniegšu visas iespējamās iespējas, taču šeit parādījās viens, kas diezgan labi izstrādāja ideju:
Masa: 500 grami
Span: 1 metrs
Spārnu malu attiecība: 8,0
Tas dod Str = 0,31 (tiesības uz naudu) un Re ir 13 900 (pienācīgas) ar celšanas koeficientu 0,5 (kas ir saprātīgi, ja braucat). Lai iegūtu priekšstatu, šim robotam būtu aptuveni putniem līdzīgas proporcijas (līdzīgas pīlei), kaut arī nedaudz gaišajā pusē (nav izturīgs ar labiem sintētiskiem materiāliem). Tomēr tas pārslīdētu caur lielāku loku ar lielāku frekvenci nekā putns šeit uz Zemes, tāpēc tas nedaudz izskatās pēc milzu kodes, kas atrodas tālu no mūsu Zemes apmācītajām acīm. Kā papildu piemaksa, tā kā šī robotprogrammatūra lido kodenajā Reinoldsa režīmā, ir ticams, ka tā, iespējams, varētu izmantot īsu laika posmu uz ļoti augstiem kukaiņu celšanas koeficientiem, izmantojot nepastāvīgu dinamiku. Pie CL ar 4.0 (kas izmērīts maziem sikspārņiem un mušu ķērājiem, kā arī dažām lielām bitēm) apstāšanās ātrums ir tikai 19,24 m / s. Max CL ir visnoderīgākais nolaišanās un palaišanas laikā. Tātad: vai mēs varam sākt savu robotprogrammatūru ar ātrumu 19,24 m / s?
Jautrības pēc, pieņemsim, ka mūsu putns / bot arī palaižas kā dzīvnieks. Dzīvnieki neceļas kā lidmašīnas; viņi izmanto ballistisko iniciāciju, spiežot no pamatnes. Tagad kukaiņi un putni tam izmanto staigājošās ekstremitātes, bet sikspārņi (un, iespējams, pterozauri) izmanto spārnus, lai tos dubultotu kā stumšanas sistēmas. Ja mēs padarījām savus robotprogrammatūras spārnus par cienīgiem, tad palaišanai mēs varam izmantot to pašu motoru kā lidot, un izrādās, ka nav nepieciešams daudz grūdiens. Pateicoties nelielajam Marsa gravitācijai, pat neliels lēciens iet tālu, un spārni jau var pārspēt netālu no 19,24 m / s, kā tas ir. Tātad to veiks tikai neliels apiņš. Ja mēs jūtamies izdomāti, mēs varam tam uzlikt mazliet vairāk punča, un tas izkļūs no krāteriem utt. Katrā ziņā mūsu robotprogrammatūrai ir jābūt tikai aptuveni 4% tikpat efektīvam, ka labiem bioloģiskajiem džemperiem, lai izveidotu to paātrināt.
Šie skaitļi, protams, ir tikai aptuvena ilustrācija. Ir daudz iemeslu, kāpēc kosmosa programmas vēl nav palaidušas šāda veida robotus. Problēmas ar izvietošanu, energoapgādi un uzturēšanu padarītu šo sistēmu efektīvu izmantošanu ļoti izaicinošas, taču tas nemaz nevar būt neiespējami. Varbūt kādreiz mūsu maršrutētāji izliks pīles lieluma kandžu robotus labākai iepazīšanai ar citām pasaulēm.
