Wie wird mars Fliegen Hubschrauber NASA?

Senden Sie mars-Rover auf dem Roten Planeten — das ist gut. Senden Sie zusammen mit ihm den Hubschrauber — noch besser. Genau ein solcher Plan gibt es bei der NASA für das Jahr 2020: zusammen mit Rover. Die Idee ist, dass Landrover fuhr auf der roten Wüste, und vor ihm flog ein kleiner Hubschrauber. Der Hubschrauber wird autonom und einige Minuten laufen am Tag. Der Hauptvorteil besteht darin, dass er in der Lage, felt > Landschaft vor dem Rover und Fotos machen, vielleicht Coole selfie mit Marsmenschen. Scherz beiseite, aber der Vorteil dieser Rovers vor dem Rest unverständlich wird.

Trotz der offensichtlichen Coolness einer solchen Mission, der mars-Helikopter muss auch gelöst werden einige Fragen im Zusammenhang mit der Physik. Eigentlich mars — es ist ein anderer Planet. Lassen Sie uns zu verstehen.

Warum wird er nicht die Schraube auf den Fersen?

Mars-Hubschrauber — es ist kein normaler Hubschrauber. Hubschraubern mit einer Schraube (wie die, die wir sehen auf der Erde) braucht einen Heckrotor, kompensierenden Veränderung der Drehimpuls (und Drehmoment aufgrund der Reibung der Luft). Ohne Heckrotor Hubschrauber Spann würde, und er stürzte — nun Passagiere oder gekotzt hätte, wie es zu trinken geben. Hubschrauber mit соосным Hauptrotor hat zwei противовращательные Klinge. Und da zwei Schrauben drehen sich in entgegengesetzte Richtungen, allgemeiner Drehimpuls null ist, und benötigt keinen zusätzlichen Heckrotor.

Befreien Sie sich vom Heckrotor noch nützlich und im Interesse der Einsparung von Speicherplatz. Kann man einen kleinen Hubschrauber mit koaxialen tragenden Schrauben. Kleiner — besser, besonders in den Bedingungen der enge an Bord des Rovers. Setzen Sie auf Landrover große Hubschrauber wäre gleichbedeutend mit dem Versuch, den Koffer auf Rollen angefüllt LKW durch unwegsames Gelände. Darüber hinaus sollten wir nicht vergessen, dass die mars-Hubschrauber wird nicht wieder zu марсоходу, aber mit ihm beginnt.

ob Sie den Hubschrauber Fliegen auf dem mars?

Ueber Helikopterflug, zwischen der Erde und dem mars gibt es große Unterschiede. Erstens, die Dichte der Atmosphäre auf dem mars deutlich geringer als auf der Erde (etwa 1% der atmosphärischen Dichte). Zweitens, das Gravitationsfeld auch weniger auf dem mars (nur 38% der Schwerkraft auf der Erdoberfläche). Die niedrige atmosphärische Dichte erschwert Hubschrauber-Flug, aber die geringere Gravitation vereinfacht.

Die Frage sollte anders: warum Hubschrauber Fliegen? In der einfachsten Modelle Traktion Hubschrauber Schrauben heben die Luft über den Hubschrauber und werfen Sie es nach unten. Da der Impuls «abgeschoben» Luft erhöht wird, benötigt Energie — und das ist die Auftriebskraft. Auch kann man sich vorstellen, diese Masse der Luft in der Form eines Zylinders mit dem gleichen Radius wie an der Schraube des Hubschraubers.

Hier: thrust — Schub, rotor area — Fläche von der Drehung der Schraube, velocity — Luftgeschwindigkeit

Impuls abgeschoben «Luft» (nennen wir ihn der Luft und auf dem mars und auf der Erde) ist abhängig von der Geschwindigkeit, mit der er nach unten bewegt, und seine Masse. Was ist die Masse der Luft? Da die Zugkraft hängt von der änderungsgeschwindigkeit des Impulses, die Höhe dieses Zylinders Luft uns nicht unbedingt wissen. Aber die Geschwindigkeit der Veränderung der Luftmasse hängt von der Größe der Schrauben und die Dichte der Luft. Ausgehend davon, kann man sich vorstellen grobe Näherung Traktionskontrolle Hubschrauber:

A ist die Fläche des Drehens der Schraube, v — Geschwindigkeit der Luft, die bewegt sich nach unten. Die Dichte der Luft vertreten durch den griechischen Buchstaben ρ. Und wo ist die Schwerkraft? Nun, wenn der Hubschrauber wird steigen, die Zugkraft sollte gleichwertig sein Gewicht. Sie können das Gewicht zu berechnen als das Produkt der Masse (m) und des Gravitationsfeldes (g).

Berechnungen: Wired

Da die Dichte der Luft auf dem mars beträgt 0,01 von der Dichte der Luft auf der Erde, aber das Gravitationsfeld beträgt 0,38 vom irdischen, reduzierte Schwerkraft entspricht nicht den Verlust der Dichte der Luft. Auf dem mars schweben schwieriger als auf der Erde. Und noch: in keinem Fall versuchen Sie nicht, dieses grobe Modell Zugkraft Hubschrauber für die Erstellung Ihres eigenen Hubschrauber.

Und jetzt rechnen Sie selbst: die Kenntnis der Masse und Größe des mars-Hubschrauber, was soll der drehzahlrampe Luft Schrauben, um das Ding geflogen?

Die NASA behauptet, dass mars-Hubschrauber Fliegen kann etwa zwei bis drei Minuten pro Tag. In der übrigen Zeit wird er verwenden Solar-Panel im oberen Teil der zum aufladen des Akkus. Also, wie groß der Akku braucht ein solcher Hubschrauber? Es gibt zwei Möglichkeiten, die Größe der Batterie (Fragen der NASA — langweilig).

Die Erste Methode-ausgehend von der Ladezeit. Aufgeladen wird der Hubschrauber den ganzen Tag. Auf dem mars jeden Tag fast genau identisch mit dem irdischen Tag (aber auf 37 Minuten länger). Die Gesamtdauer des Tages ist nicht von Bedeutung — wichtig ist nur Tageslicht und das Licht der Sonne. Wie auf der Erde, die Dauer des Tageslichtes ändert sich im Laufe der Jahre. Nehmen wir zum Beispiel ein 10-Stunden-Lichttag.

Das Nächste, was zu bestimmen, — es ist облученность. Diese Oberflächendichte Strahlungsleistung, die auf die Oberfläche auftreffenden. Auf der Erde ist maximal 1000 Watt pro Quadratmeter. Auf dem mars — 2590 Watt pro Quadratmeter. M. Aber das ist das Maximum, wohlgemerkt. Im Laufe des Tages die Sonne Ihre Position verändert. Wenn das Solarpanel wird statisch, die Durchschnittliche облученность wird weniger. Hier 295 w/qm Größe unserer Solar-Panel ungefähr schätzen mit einem Radius von 7 cm Mit einer solchen Größe, облученностью, von der Länge des Tages und der Wirkungsgrad bei 25% werden wir ungefähr 40 000 Joule Energie. Es ist nah an Energie, die Batterie hält das iPhone X.

Nun zur zweiten Methode. Wie viel Energie brauchen die mars Hubschrauber, um in der Luft zu bleiben dreiMinuten? Wie berechnen Sie Flug-Leistung? So stellen wir uns vor: Leistung ist die rate, mit der Sie Gebrauch von Energie. Was der Hubschrauber macht mit seiner Energie? Er nimmt die Luft über sich und vertreibt ihn (erhöht die kinetische Energie). Für die Berechnung der Flug-Leistung nehmen wir die Größe der Schraube (14 cm Durchmesser) und die Masse des Hubschraubers (1 kg). Dies ermöglicht es uns, berechnen Sie den Luftzug der Luft, die Sie benötigen, um zu schweben. Von dieser Geschwindigkeit können wir berechnen Sie die Geschwindigkeit der änderung der kinetischen Energie — Leistung. Erhalten Flug-Leistung 374 Watt.

Aber hey: die NASA stellte bereits die Anforderungen für die Leistung des Hubschraubers — 220 Watt. Wenn von Ihnen abstoßen, können Sie berechnen die notwendige Energie für den Betrieb innerhalb von drei Minuten, weil die Leistung — es ist die Energie/Zeit. Der Energieverbrauch in diesem Fall beträgt 3,96 x 10⁴ Joule. Übrig einen Blick auf dieses Ding in Aktion.