Comment voler martienne de l'hélicoptère de la NASA?

Envoyer un rover sur la planète Rouge, c'est bien. Envoyer avec lui, l'hélicoptère est encore mieux. C'est un tel régime de la NASA pour l'année 2020: avec le rover. L'idée est de dacia rouler sur le désert rouge, avant de lui voler un petit hélicoptère. L'hélicoptère sera autonome et de travailler sur quelques minutes par jour. Le principal avantage réside dans le fait qu'il pourra explorer le terrain avant de rover et de prendre des photos, peut-être, les селфи avec марсианами. Blague à part, mais l'avantage de cette rover devant le reste sera incompréhensible.

Malgré l'apparente rudesse de cette mission martienne de l'hélicoptère devra aussi résoudre quelques questions liées à la physique. En fait, de Mars — c'est une autre planète. Voyons.

Pourquoi il n'aura pas de vis sur la queue?

Martienne de l'hélicoptère, ce n'est pas normal d'un hélicoptère. Des hélicoptères à l'aide d'une vis (comme ceux que nous voyons sur la Terre) besoin d'un rotor de queue, de compensation changement de moment angulaire (et le couple de frottement de l'air). Sans caudale vis de l'hélicoptère закрутило, et il s'est écrasé — eh bien, ou de passagers vomir, il est comment donner à boire. Hélicoptère avec соосным pales a deux противовращательные de la lame. Et puisque les deux vis tournent dans des directions opposées, le moment cinétique total est égal à zéro, et n'a besoin d'aucune supplémentaire rotor de queue.

Se Débarrasser de la caudale vis utile aussi pour économiser de l'espace. Vous pouvez faire un petit hélicoptère avec соосными les porteurs de la vis. Beaucoup, en particulier dans des conditions de surpeuplement à bord du rover. Mettre sur la dacia gros hélicoptère équivaudrait à une tentative de rouler la valise sur le chariot bourré de fond. En outre, n'oubliez pas que le martien de l'hélicoptère ne sera pas revenir à la марсоходу, mais va commencer.

à l'hélicoptère de voler sur Mars?

En ce Qui concerne le vol en hélicoptère, entre la Terre et Mars, il existe de grandes différences. Tout d'abord, la densité de l'atmosphère sur Mars est beaucoup plus faible que sur la Terre (environ 1% de la densité atmosphérique). Deuxièmement, le champ gravitationnel est également moins sur Mars (seulement 38% de la gravité sur la surface de la Terre). Faible atmosphérique de la densité complique un vol en hélicoptère, mais réduit la gravité est plus facile.

La Question que vous devez poser autrement: pourquoi les hélicoptères volent? Dans le plus simple des modèles de traction de l'hélicoptère vis lèvent en l'air au-dessus de l'hélicoptère et se couchent vers le bas. Puisque la vitesse de la «perdre» de l'air sera augmenté besoin de la force — et c'est la force de levage. Vous pouvez également présenter cette masse d'air en forme de cylindre avec le même rayon, comme la place de la vis de l'hélicoptère.

Ici: thrust — traction, rotor area de rotation de la vis, velocity — la vitesse de circulation de l'air

L'Impulsion émise, «de l'air» (que nous appellerons de l'air et sur Mars et sur la Terre) dépend de la vitesse à laquelle il se déplace vers le bas, et sa masse. Quelle est la masse de l'air? Parce que la force de traction dépend de la vitesse de changement de l'impulsion, la hauteur de ce cylindre d'air de nous connaître n'est pas obligatoire. Mais le taux de changement de masse d'air dépend de la taille des vis et de la densité de l'air. Sur cette base, on peut fournir une approximation de la force de traction de l'hélicoptère:

A la place de la rotation de la vis, v — vitesse de l'air qui se déplace vers le bas. La densité de l'air est représenté par la lettre grecque ρ. Et où la gravité? Eh bien, si l'hélicoptère va monter en flèche, force de traction doit être l'équivalent d'un poids. Vous pouvez calculer le poids que le produit de la masse (m) et du champ de gravité (g).

les Calculs: Wired

Car la densité de l'air sur Mars est égale à 0,01 de la densité de l'air sur la Terre, mais le champ gravitationnel est de 0,38 du terrestre, la réduction de la gravité ne correspond pas à la perte de la densité de l'air. Sur Mars s'envoler plus difficile que sur la Terre. Et encore: en aucun cas, n'essayez pas d'utiliser ce modèle rugueux de la force de traction de l'hélicoptère, pour la création de son propre hélicoptère.

Maintenant, faites le calcul vous-même: connaître la masse et de la taille de mars de l'hélicoptère, quelle doit être la vitesse d'accélération de l'air à l'aide de vis, pour cette chose volait?

La NASA affirme que martienne de l'hélicoptère peut voler environ deux à trois minutes par jour. Le reste du temps, il va utiliser un panneau solaire dans le haut de la charge de la batterie. Donc, autant la grande batterie besoin d'un tel hélicoptère? Il ya deux façons d'estimer la taille de la batterie (demander à la NASA, c'est ennuyeux).

La Première méthode s'inspire de temps de charge. L'hélicoptère se recharge toute la journée. Sur Mars, tous les jours presque exactement coïncide avec le jour de la terre (mais à 37 minutes de plus). La durée totale de la journée n'a pas de valeur importante seulement la lumière du jour et la lumière du soleil. Comme sur Terre, la durée de la lumière du jour varie avec les années. Prenons l'exemple 10 heures de lumière.

La Prochaine chose que vous devez déterminer, — c'est облученность. C'est la surface la densité de la puissance de la lumière incidente sur la surface. Sur Terre, c'est le maximum de 1000 Watts par mètre carré. Sur Mars — 2590 Watts par mètres carrés, Mais c'est le maximum, garder à l'esprit. Tout au long de la journée, le soleil change de position. Si le panneau solaire sera statique, la moyenne облученность sera moins. Prenons 295 W/mètre carré de la Taille de notre panneau solaire d'environ évaluerons avec un rayon de 7, Avec une telle taille, облученностью, longueur de journée et le RENDEMENT de 25%, nous obtenons l'ordre de 40 000 joules d'énergie. Il est proche de l'énergie, qui maintient la batterie de l'iPhone X.

Maintenant à la deuxième méthode. Combien d'énergie faut марсианскому hélicoptère pour rester en l'air troisune minute? Comment calculer le pilotage de la puissance? Imaginons: la puissance est la vitesse à laquelle vous utilisez l'énergie. Que l'hélicoptère fait de son énergie? Il prend l'air au-dessus d'eux et se disperse (augmente l'énergie cinétique). Pour le calcul de la navigabilité de la puissance prenez la taille de la vis (14 cm de diamètre) et la masse de l'hélicoptère (1 kg). Cela nous permettra de calculer les envies de l'air, nécessaire pour l'évaporation. À partir de cette vitesse, nous pouvons calculer la vitesse de variation de l'énergie cinétique — puissance. Obtenons de pilotage de la puissance 374 W.

Mais bon: la NASA a présenté des exigences pour la puissance de l'hélicoptère — 220 Watts. Si le repousser loin d'eux, on peut calculer l'énergie nécessaire pour travailler dans un délai de trois minutes, parce que la puissance de la — c'est l'énergie/temps. La consommation d'énergie dans ce cas est de 3,96 x 10⁴ joules. Reste à voir sur cette unité dans l'action.