Come sarebbe volare marziano elicottero della NASA?

Inviare sul pianeta Rosso il rover è un bene. Inviare insieme con lui elicottero — ancora meglio. Proprio questo è il piano della NASA per il 2020: insieme con il rover. L'idea è quella di rover andavi in giro per il deserto rosso, e prima di lui volato piccolo elicottero. L'elicottero sarà autonomo e lavorare per pochi minuti al giorno. Il vantaggio principale consiste nel fatto che egli sarà in grado di esplorare il terreno prima di rover e scattare foto, forse fantastici selfie con i marziani. Scherzi a parte, ma il vantaggio di questo rover davanti agli altri è incomprensibile.

Nonostante l'apparente freddezza tale missione, il marziano elicottero, inoltre, dovrà risolvere diversi problemi legati alla fisica. In realta ' Marte — è di un altro pianeta. Cerchiamo di capire.

Perché lui non sarà della vite sulla coda?

Marziano elicottero — questo non è un normale elicottero. Elicotteri con una vite (come quelle che vediamo sulla Terra) hanno bisogno di un rotore di coda, che compensa la variazione del momento angolare (e di coppia a causa dell'attrito dell'aria). Senza rotore di coda di un elicottero ha filato, e si è schiantato o passeggeri vomitato, questo è come bere dare. Elicottero con соосным rotore principale ha due противовращательные della lama. E poiché i due vite ruotano in direzioni opposte, comune di momento angolare è uguale a zero, e non ha bisogno di alcuna ulteriore rotore di coda.

Sbarazzarsi del rotore di coda è utile per risparmiare spazio. Si può fare un piccolo elicottero con i rotori coassiali. Meno è meglio, soprattutto in condizioni di affollamento a bordo del rover. Mettere sul rover grande elicottero sarebbe l'equivalente di un tentativo di cavalcare valigia piena di camion su terreni accidentati. Inoltre, non dimenticare che il marziano elicottero non sarà tornare a марсоходу, ma con lui si avvia.

se l'elicottero volare su Marte?

Per quanto riguarda il volo in elicottero, tra la Terra e Marte ci sono grandi differenze. In primo luogo, la densità dell'atmosfera su Marte è molto inferiore a quello della Terra (circa 1% densità atmosferica). In secondo luogo, il campo gravitazionale è anche meno su Marte (solo il 38% di gravità sulla superficie della Terra). Bassa densità atmosferica complica il volo in elicottero, ma ridotta gravità semplifica.

La Domanda è necessario mettere altrimenti: perché gli elicotteri volano? Nel modello più semplice spinta elicottero viti sollevano l'aria sopra l'elicottero e cadere giù. Perché impulso «alleviato» aria sarà aumentato, ha bisogno di forza — e questa è la forza di sollevamento. È anche possibile presentare questa massa d'aria a forma di cilindro con lo stesso raggio, come piazza eliche dell'elicottero.

Qui: thrust — tirata, rotor area — area di rotazione della vite, velocity — la velocità dell'aria

Lo Slancio dell' «aria» (chiamiamolo aria e su Marte e sulla Terra) dipende dalla velocità con cui si muove verso il basso, e la sua massa. Qual è la massa d'aria? Poiché la forza di trazione dipende dalla velocità di variazione dell'impulso, l'altezza del cilindro dell'aria noi sappiamo che non è necessariamente. Ma il tasso di variazione della massa d'aria dipende dalla dimensione delle viti e della densità dell'aria. Sulla base di questo, è possibile presentare una rozza approssimazione della forza di spinta dell'elicottero:

A è la superficie di rotazione della vite, v è la velocità dell'aria che si muove verso il basso. La densità dell'aria è rappresentato dalla lettera greca ρ. E dove la gravità? Beh, se l'elicottero volare, la forza di spinta deve essere equivalente al peso. È possibile calcolare il peso come il prodotto della massa (m) e il campo gravitazionale (g).

i Calcoli: Wired

Poiché la densità dell'aria su Marte è pari a 0,01 dalla densità dell'aria sulla Terra, ma il campo gravitazionale è di 0,38 dal terreno, ridotta gravità non corrisponde ad una perdita di densità dell'aria. Su Marte salire più difficile che sulla Terra. E ancora: in ogni caso, non tentare di utilizzare questa bruta modello forza di trazione di un elicottero per creare il proprio elicottero.

E ora fate i conti voi stessi: conoscere la massa e le dimensioni di marte elicottero, quale dovrebbe essere la velocità di accelerazione dell'aria viti per questa cosa è andata?

La NASA sostiene che il marziano elicottero in grado di volare per circa due-tre minuti al giorno. Nel resto del tempo sarà utilizzare il pannello solare nella parte superiore per la ricarica della batteria. Quindi, quanto è grande la batteria ha bisogno di questo elicottero? Ci sono due modi per valutare la dimensione della batteria (chiedere NASA — noioso).

Il Primo metodo parte dal tempo di ricarica. L'elicottero si carica tutto il giorno. Su Marte ogni giorno coincide quasi esattamente con la terra di giorno (ma in 37 minuti in più). Totale lunghezza del giorno non ha importanza — è importante solo la luce del giorno e la luce del sole. Come sulla Terra, la durata della luce diurna cambia con gli anni. Prendiamo per esempio 10 ore di luce del giorno.

La Prossima cosa da definire, — è облученность. Questa superficie densità di potenza della radiazione incidente sulla superficie. Sulla Terra questo è il massimo 1000 Watt per metro quadrato. Su Marte — 2590 Watt per mq. Ma questo è il massimo, tenere a mente. Durante il giorno il sole cambia la sua posizione. Se il pannello solare è statica, medio облученность sarà inferiore. Prendiamo 295 W/mq Dimensione del nostro pannello solare di circa valuteremo con un raggio di 7, Con queste dimensioni, облученностью, la lunghezza del giorno e l'EFFICIENZA del 25% otteniamo circa 40 000 joule di energia. È vicino alla energia che mantiene la batteria di iPhone X.

Ora con il secondo metodo. Quanta energia serve per марсианскому elicottero, per stare in aria treminuti? Come calcolare volo di potenza? Immaginiamo così: la potenza è la velocità con cui si utilizza l'energia. Che l'elicottero fa con la sua energia? Prende l'aria sopra di loro e accelera la sua (aumenta la sua energia cinetica). Per il calcolo di volo di potenza prende come esempio la dimensione della vite (14 cm di diametro) e la massa dell'elicottero (1 kg). Questo ci permetterà di calcolare la spinta di aria necessaria per la balneazione. Da questa velocità siamo in grado di calcolare il tasso di variazione dell'energia cinetica — energia. Avremo il volo di potenza 374 W.

Ma aspetta un attimo: la NASA ha già presentato i requisiti per potere elicottero — 220 Watt. Se spingere fuori da loro, è possibile calcolare l'energia necessaria per lavorare nel giro di tre minuti, perché la potenza — è l'energia/tempo. Il consumo di energia in questo caso sarà pari a 3,96 x 10⁴ joule. Resta da vedere questa cosa in azione.