Gradnja letečega vozila za Mars bi imela pomembne prednosti za raziskovanje površine. Dajte ali vzemite le 1,6% zemeljske gostote zraka na morju. To pomeni, da bi moralo konvencionalno letalo zelo hitro leteti na Marsu, da bi ostalo na zraku. Vaša povprečna Cessna bi bila v težavah.
Toda narava morda ponuja alternativni način gledanja na to težavo.
Pretočni režim katere koli leteče (ali plavalne) živali, stroja itd. Je mogoče povzeti z nekaj, kar imenujemo Reynoldsova številka (Re). Re je enak značilni dolžini x hitrosti x gostoti tekočine, deljeno z dinamično viskoznostjo. Je merilo razmerja inercijskih sil proti viskoznim. Vaše povprečno letalo leti na visoki Re: veliko vztrajnosti glede na lepljivost zraka. Ker je gostota zraka na Marsu nizka, je edini način, da dosežemo takšno vztrajnost, resnično hitro. Vendar pa vsi letaki ne delujejo na visoki Re: večina letečih živali leti na precej nižji Re. Zlasti žuželke delujejo pri precej majhni Reynoldsovi številki (relativno gledano). V resnici so nekatere žuželke tako majhne, da plavajo po zraku, ne pa da letijo. Torej, če le malo povečamo hrošča ali majhno ptico, lahko dobimo nekaj, kar se lahko premika v marsovskem ozračju, ne da bi morali iti noro hitro.
Potrebujemo sistem enačb, da omejimo našega malega bota. Izkaže se, da ni preveč težko. Kot grob približek lahko uporabimo povprečno enačbo frekvence lopute Colina Pennycuicka. Glede na pričakovanja frekvence plapolanja od Pennycuicka (2008) se frekvenca zakrivanja približno razlikuje od telesne mase do moči 3/8, gravitacijskega pospeška do 1/2 moči, razpona do moči -23/24, območja krila do -1 / 3 moči in gostote tekočine do moči 3/8. To je priročno, saj se lahko prilagodimo marsovski gravitaciji in gostoti zraka. Vedeti pa moramo, ali vrtine s kril izlivamo na razumen način. Na srečo je tudi tam znano razmerje: številka Strouhala. Str (v tem primeru) je amplituda utripanja x frekvenca zakrivanja, deljena s hitrostjo. Pri križarjenju se izkaže, da je precej omejen.
Naš bot naj torej konča s Str med 0,2 in 0,4, pri čemer se ujema z Pennycuickovo enačbo. In končno moramo dobiti veliko Reynoldsovo številko v območju za veliko živo leteče žuželke (drobne žuželke letijo v čudnem režimu, kjer se veliko poganja, zato jih bomo za zdaj ignorirali). Hawkmoths so dobro raziskani, zato imamo njihov Re doseg za različne hitrosti. Glede na hitrost se giblje od približno 3.500 do približno 15.000. Torej nekje na tem igrišču bo.
Obstaja nekaj načinov reševanja sistema. Eleganten način je ustvariti krivulje in iskati točke presečišča, vendar je hiter in enostaven način, da ga prebijete v matrični program in rešite iterativno. Ne bom dal vseh možnih možnosti, toda tu je ena, ki se je dobro zamislila:
Masa: 500 gramov
Razpon: 1 meter
Razmerje krila: 8.0
To daje Str 0,31 (pravico na denar) in Re 13,9900 (spodobno) z dvižnim koeficientom 0,5 (kar je primerno za križarjenje). Da bi dal idejo, bi imel ta bot približno ptičje velikosti (podobno kot raca), čeprav nekoliko na lahki strani (ne trd z dobrimi sintetičnimi materiali). Vendar bi z večjo frekvenco zlezel skozi večji lok kot ptica tukaj na Zemlji, tako da bi bil videti kot velikanski molj na daljavo do naših treniranih oči na Zemlji. Kot dodaten bonus, ker ta bot leti v motniškem Reynoldsovem režimu, je verjetno, da bi lahko za kratek čas skočil na zelo visoke dvižne koeficiente žuželk z uporabo nestabilne dinamike. Pri CL 4,0 (ki je bil izmerjen za majhne netopirje in muharice ter nekatere velike čebele) je hitrost zastoja le 19,24 m / s. Max CL je najbolj uporaben za pristanek in izstrelitev. Torej: ali lahko zaženemo svojega bot pri 19,24 m / s?
Za zabavo predpostavimo, da se naš botič za ptice / hrošče tudi lansira kot žival. Živali ne vzletajo kot letala; uporabljajo balistično iniciacijo s potiskanjem iz podlage. Zdaj žuželke in ptice za to uporabljajo sprehajalne okončine, vendar netopirji (in verjetno pterozavri) uporabljajo krila, da se podvojijo kot potisni sistemi. Če smo svoja botova krila naredili potisno vredne, potem lahko za zagon uporabimo isti motor kot za letenje in izkaže se, da ni treba veliko potiska. Zahvaljujoč nizki gravitaciji Marsa gre celo majhen preskok daleč in krila že lahko premagajo blizu 19,24 m / s. Torej bo le malo hmelja. Če se počutimo ljubkovalno, lahko nanjo vstavimo malo več udarca in to se bo izvleklo iz kraterjev itd. Kakor koli, naš bot mora biti le približno 4% učinkovit, kot lepi biološki skakalci. do hitrosti.
Te številke so seveda le groba ponazoritev. Veliko je razlogov, da vesoljski programi še niso lansirali robotov te vrste. Težave z uvajanjem, oskrbo z električno energijo in vzdrževanjem bi te sisteme zelo zahtevno uporabljale, vendar pa to morda sploh ni mogoče. Morda bodo nekega dne naši roverji namenili botove moljčke velikosti za boljše spoznavanje na drugih svetovih.
