Como va a volar a marte helicóptero de la NASA?

Enviar al planeta Rojo rover es un bien. Enviar junto con él en el helicóptero es aún mejor. Precisamente este tipo de plan es el de la NASA en el año 2020: junto con марсоходом. La idea es que los rover paseaba por el desierto rojo, y delante de él volaba un pequeño helicóptero. El helicóptero será autónomo y trabajar por unos minutos al día. La principal ventaja consiste en que él es capaz de enterarse de los alrededores antes de марсоходом y sacar fotos, tal vez, de clase селфи con una escopeta de cañones. Bromas aparte, pero la ventaja de este todoterreno antes que el resto se lo incomprensible.

A Pesar de la aparente frialdad de esa misión, marciano helicóptero también tendrá que resolver varias cuestiones relacionadas con la física. En general marte — es el otro planeta. Vamos a ver.

¿por Qué no tiene un tornillo en la cola?

Marciano helicóptero no es normal en un helicóptero. Helicópteros con un tornillo (como los que vemos en la Tierra) es necesario el tubo de desagüe de tornillo, que compensa el cambio de momentum angular (y de torsión por fricción del aire). Sin rotor de cola de un helicóptero закрутило, y se estrelló — o bien de los pasajeros ha vomitado, esto como dar de beber. El helicóptero con la disposición coaxial portador de tornillo tiene dos противовращательные las palas. Y porque los dos tornillos giran en direcciones opuestas, el total de momento angular es igual a cero, y no necesita ningún adicional de cola de tornillo.

Deshacerse de rotor de cola útil también por el ahorro de espacio. Se puede hacer un pequeño helicóptero con соосными portadores de los tornillos. Menos es mejor, especialmente en condiciones de hacinamiento a bordo del rover. Poner en el rover gran helicóptero equivaldría a intentar llevar la maleta al llenado el carro a campo traviesa. Además, no hay que olvidar que el marciano helicóptero no va a volver a марсоходу, pero con él se iniciará.

¿un helicóptero para volar a marte?

En cuanto a vuelo en helicóptero, entre la Tierra y marte hay grandes diferencias. En primer lugar, la densidad de la atmósfera de marte es mucho menor que en la Tierra (alrededor del 1% de la atmósfera de la densidad). En segundo lugar, en el campo gravitacional de menos en marte (solo un 38% de la gravedad en la superficie de la Tierra). Baja la densidad atmosférica, dificulta el vuelo del helicóptero, pero la disminución de la gravedad sea fácil.

La Pregunta es necesario poner de otra manera: ¿por qué los helicópteros vuelan? En el más simple de los modelos de tracción helicóptero tornillos levantan el aire sobre el helicóptero y se retiran de él hacia abajo. Debido a que el impulso de "arrojado" de aire se incrementa, necesita el poder — y es la fuerza de sustentación. También se puede presentar esta masa de aire en forma de cilindro con el mismo radio, como el de la plaza de hélices de un helicóptero.

Aquí: thrust — el impulso, el rotor area — tamaño de la rotación del tornillo, velocidad — la velocidad de movimiento de aire

El Impulso perdido "aire" (vamos a llamarlo el aire y en marte y en la Tierra) depende de la velocidad con que se mueve hacia abajo, y su masa. ¿Cuál es la masa de aire? Ya que la fuerza de empuje depende de la velocidad de los cambios de pulso, la altura de este cilindro de aire, tenemos que saber que no es obligatorio. Pero la velocidad de la masa de aire depende del tamaño de los tornillos y de la densidad del aire. En base a esto, se puede presentar la aproximación grosera la fuerza de tracción del helicóptero:

A es el área de la rotación de tornillo, v es la velocidad del aire que se mueve hacia abajo. La densidad del aire representada por la letra griega rho. Y donde la gravedad? Bueno, si el helicóptero se disparan, la fuerza de empuje debe ser equivalente al peso. Se puede calcular el peso como el producto de la masa (m) y el campo gravitacional (g).

Cálculos: Wired

Debido a que la densidad del aire en marte es igual a 0,01 de la densidad del aire en la Tierra, pero en el campo gravitacional es de 0,38 de la tierra, la disminución de la gravedad no se corresponde con la pérdida de la densidad del aire. En marte se disparan más difícil de lo que en la Tierra. Y de nuevo, en ningún caso, no intente utilizar este sucio el modelo de la fuerza de tracción de un helicóptero para la creación de su propio helicóptero.

Y ahora cuenten: conocer la masa y el tamaño de un marciano helicóptero, ¿cuál debe ser la velocidad de aceleración de aire tornillos para esta pieza volaba?

La NASA afirma que el marciano de un helicóptero capaz de volar alrededor de dos a tres minutos al día. En el resto del tiempo que se va a utilizar el panel solar en la parte superior de la carga de la batería. Así que, ¿qué tan grande es la batería necesita ese helicóptero? Hay dos maneras de estimar el tamaño de la batería (preguntar a los de la NASA — aburrido).

El Primer método se aparta de el tiempo de carga. El helicóptero se cargará todo el día. En marte cada día casi exactamente con la de la tierra el día (pero en 37 minutos más). La duración total del día, no importa — es importante, sólo la luz de día y la luz del sol. Como en la Tierra, la duración de la luz diurna está cambiando con los años. Tomemos el ejemplo de 10 horas de luz del día.

Lo Siguiente que tienes que saber — es облученность. Es la superficie de la densidad de potencia de la radiación incidente sobre la superficie. En la Tierra, de un máximo de 1000 vatios por metro cuadrado. En marte — 2590 Vatios en metros cuadrados, Pero es el máximo, tenga en cuenta. Durante el día el sol cambia de posición. Si el panel solar se estático, el promedio de облученность va a ser menos. Tomemos 295 w/metros cuadrados, el Tamaño de nuestro panel solar de aproximadamente ponemos en un radio de 7, Con ese tamaño, облученностью, la longitud del día y la eficiencia en el 25% de recibamos 40 000 julios de energía. Esto es similar a la energía que mantiene la batería del iPhone X.

Ahora al segundo método. Cuánta energía se necesita марсианскому helicóptero, para mantenerse en el aire tresminuto? Cómo calcular de aviones de la potencia? Digamos así: la potencia es la rapidez con la que se utiliza la energía. Que el helicóptero que hace con su energía? Él toma el aire por encima de sí mismo y aumenta (aumenta su energía cinética). Para el cálculo de la aeronavegabilidad de la potencia tomemos el tamaño de los tornillos (14 cm de diámetro) y la masa del helicóptero (1 kg). Esto nos permitirá calcular la corriente de aire necesaria para la vaporización. A partir de esta velocidad podemos calcular la velocidad de cambio de energía cinética — energía. Recibimos de aviones de la potencia 374 w.

Pero bueno: la NASA ya ha presentado los requisitos para la potencia del helicóptero es de 220v. Si el empuje de ellos, se puede calcular la energía necesaria para el trabajo en el plazo de tres minutos, ya que la potencia — es la energía/tiempo. El consumo de energía en este caso es 3,96 x 10⁴ julios. Queda por ver en esta pieza en la acción.