Nasıl uçacak mars helikopteri NASA?

Göndermek için Kızıl gezegen mars iyidir. Gönder de onunla birlikte helikopter — daha iyi. Böyle bir plan var NASA 2020 yılı ile birlikte rover. Fikir rover haddeleme kızıl çöl, önünde de küçük bir uçakla bir helikopter. Helikopter kendi kendine yeten ve çalışmak için birkaç dakika bir gün. Ana avantajı, o mümkün разведывать arazi önce rover ve fotoğraf çekmek, belki de güzel bir özçekim ile марсианами. Şaka bir yana, ama bunun bir yararı mars geri kalanı önce anlaşılmaz olacak.

Olmasına Rağmen, bariz bir serinlik böyle bir misyon, mars helikopter de çözmek zorunda kalacak bir kaç soru fizikle ilgili. Hiç bir şey Mars — bu başka bir gezegen. Bakalım.

Neden olmayacak vida kuyruk?

Mars helikopter — bu size sıradan bir helikopter. Sıkıştırılır tek bir vida (olanlar gibi, gördüğümüz Yere) ihtiyacı olan kuyruk rotor, düzeltilmiş değiştirme, açısal momentum (tork yüzünden hava sürtünme). Olmadan kuyruk pervaneli helikopter закрутило olurdu, ve o çöktü — peki ya yolcu kusmak istiyorum, bu şüphesiz. Helikopter ile соосным taşıyıcı vida iki противовращательные bıçaklar. Ve çünkü iki vidayı dönen ters yönde, toplam açısal momentum sıfırdır, ihtiyacım yok herhangi bir ekstra kuyruk vida.

Kurtulmak kuyruk vida yararlı ve hala uğruna, tasarruf alanı. Sen-ebilmek yapmak küçük helikopter ile соосными taşıyıcı vida. Daha az daha iyi, özellikle kalabalık gemide mars. Koymak rover büyük helikopter günleriyle çalışırken götüreyim bir bavul ile dolu bir kamyonu engebeli arazi üzerinde. Ayrıca, unutmayalım ki, mars helikopter geri gelmeyecek марсоходу, ama onunla başlar.

Olacak, bir helikopter uçmak için Mars'ta mı?

Gelince helikopter uçuş arasında, Dünya ve Mars büyük farklılıklar vardır. İlk olarak, yoğunluk makinesi, Mars'ta önemli ölçüde daha düşük Topraklarda (yaklaşık %1 atmosferik yoğunluğu). İkincisi, çekim alanı da daha az Mars (sadece %38'i, yerçekimi Dünya'nın yüzeyi). Düşük atmosferik yoğunluğu zorlaştırmaktadır uçan bir helikopter, ama düşük yerçekimi kolaylaştırır.

Bir Soru koymak gerekir aksi takdirde: neden helikopterler uçuyor? En basit model çekiş helikopter vidalar yükseltmek, hava üzerinde bir helikopter ve bir dökümü aşağı. Çünkü darbe «сброшенного» hava artırılacak, güç ihtiyacı ve bu kaldırma gücü. Ayrıca hayal bu kitle hava silindir şeklinde, aynı radius, kare vida helikopter.

Burada: eksenel çekme, rotor area — alan dönme vida, velocity — hız, hava trafik

İvme сброшенного «hava» (hadi onu aramak, hava ve Mars, ve Yeryüzünde) hızına bağlıdır, hangi ile o aşağı hareket, ve onun kitle. Ne ağırlığı olacak? Çünkü kuvvet, çekme hızına bağlı değişiklikler, nabız yüksekliği, bu hava silindir, bize bilmek gerekmez. Ama hız değişikliği hava kütlesinin büyüklüğüne bağlıdır vida ve hava yoğunluğu. Buna göre, hayal kaba bir yaklaşım çekiş helikopter:

A — bu meydanı dönme vida, v — hava hızı, bir aşağı hareket. Hava yoğunluğu temsil yunan harfi ρ. Nerede yerçekimi? Peki, eğer helikopter uçmak olacak, çekme kuvveti olmalıdır eşdeğer ağırlık. Hesaplanabilir ağırlık eseri gibi kütle (m) ve yerçekimi alanı (g).

Hesaplamalar: Wired

Çünkü hava yoğunluğu Mars'ta eşittir 0,01 hava yoğunluğu düşük Yeryüzünde, ama çekim alanı ise 0,38 dünyevi, daha az yerçekimi kaybına eşittir hava yoğunluğu. Mars uçmak için daha zor, daha Yeryüzünde. Ve yine hiçbir durumda kullanmaya çalışmayın bu kaba model çekiş helikopter oluşturmak için kendi helikopter.

şimdi siz kendiniz hesaplayın: bilerek, ağırlık ve boyut mars helikopter, ne olmalıdır hız aşırtma hava vida için bu şey uçmak?

NASA iddia mars helikopter uçmak mümkün olacak, yaklaşık iki-üç dakika bir gün. Diğer zamanlarda kullanacağınız güneş paneli üstündeki pili şarj etmek için. Yani, ne kadar büyük bir pil lazım bu helikopter? İki yolu var, değerlendirmek boyut pil (soran var NASA — sıkıcı).

İlk yolu tarafından püskürtüldü şarj süresi. Helikopter şarj olur bir gün. Mars'ta her gün hemen hemen tam olarak aynıdır dünyevi öğleden sonra (ama 37 dakika daha uzun). Ortak gün uzunluğu önemli değil — önemli olan sadece gün ışığı ve güneş ışığı. Ve Yeryüzünde, gün ışığı değişiyor yıllar içinde. Hadi bir örnek olarak, bir 10 saat gün ışığı.

Bir Sonraki şey belirlemek gerekir, — bu облученность. Bu yüzey güç yoğunluğu radyasyon yüzeyi üzerinde gelen. Yeryüzünde en fazla 1000 Watt bölü metre kare. Mars — 2590 Watt kare. m. Ancak, bu en fazla, unutmayın. Gün boyunca, güneş yerini değiştirir. Eğer bir güneş paneli olacak, devletçi, ortalama облученность daha az olacaktır. Örnek olarak 295 Watt/metrekare Boyut bizim güneş paneli yaklaşık olarak tahmin yarıçapı 7 cm bu boyutta облученностью uzunluğunda, uzunluğu ve VERİMİ %25 biz yaklaşık 40 000 joule enerji. Bu yakın enerji tutan pil iPhone X.

Şimdi ikinci yönteme. Ne kadar enerji gerekir марсианскому helikopter için havada kalmak üçbir dakika? Nasıl hesaplamak için uçuş güç? Düşünelim: güç — hız, kullandığınız enerji. Helikopter yapar kendi enerji? O hava alır, kendine ve motor (artar kinetik enerji). Hesaplamak için uçuş kapasitesi örnek olarak vida boyutu (14 cm) ve bir sürü helikopter (1 kg.) Bu bize hesaplamak için özlem hava ve hava için gerekli hover. Bu hız biz hesaplamak değişim hızı kinetik enerji — güç. Almak uçuş kapasitesi 374 W.

Ama durun bir dakika: NASA zaten açıkladı gereksinimleri güç helikopter — 220 Watt. Eğer itme onlardan hesaplayabilirsiniz çalışması için gereken enerji, üç dakika içinde, çünkü güç — bu, enerji/zaman. Enerji tüketimi bu durumda, hızı ve nem oranı 3,96 x 10⁴ joule. Geriye bakmak, o şeyi eylem.