Chế tạo một phương tiện bay cho Sao Hỏa sẽ có lợi thế đáng kể để khám phá bề mặt. Nó chỉ là 1,6% mật độ không khí Trái đất ở mực nước biển, cho hoặc nhận. Điều này có nghĩa là máy bay thông thường sẽ phải bay rất nhanh trên Sao Hỏa để ở lại trên cao. Cessna trung bình của bạn sẽ gặp rắc rối.
Nhưng thiên nhiên có thể cung cấp một cách khác để xem xét vấn đề này.
Chế độ chất lỏng của bất kỳ động vật bay (hoặc bơi), máy móc, vv có thể được tóm tắt bằng một thứ gọi là Số Reynold (Re). Re bằng với chiều dài đặc trưng x vận tốc x mật độ chất lỏng, chia cho độ nhớt động. Nó là thước đo tỷ lệ của lực quán tính so với lực nhớt. Máy bay trung bình của bạn bay ở mức Re: rất nhiều quán tính liên quan đến độ dính không khí. Vì mật độ không khí trên sao Hỏa thấp, cách duy nhất để có được quán tính đó là đi thật nhanh. Tuy nhiên, không phải tất cả các máy bay đều hoạt động ở Re cao: hầu hết các động vật bay đều bay ở Re thấp hơn nhiều. Côn trùng, đặc biệt, hoạt động với số lượng Reynold khá nhỏ (tương đối nói). Trên thực tế, một số loài côn trùng nhỏ đến mức chúng bơi trong không khí, thay vì bay. Vì vậy, nếu chúng ta mở rộng một loài sinh vật giống như một con bọ nhỏ hoặc một con chim nhỏ chỉ một chút, chúng ta có thể có được thứ gì đó có thể di chuyển trong bầu khí quyển sao Hỏa mà không cần phải đi cực nhanh.
Chúng ta cần một hệ thống các phương trình để hạn chế bot nhỏ của chúng ta. Hóa ra là không quá khó khăn. Là một xấp xỉ thô, chúng ta có thể sử dụng phương trình tần số vỗ trung bình của Colin Pennycuick. Dựa trên các kỳ vọng tần số vỗ từ Pennycuick (2008), tần số vỗ thay đổi gần như khối lượng cơ thể đến công suất 3/8, gia tốc trọng lực lên công suất 1/2, nhịp đến công suất -23/24, diện tích cánh tới -1 / 3 công suất và mật độ chất lỏng đến công suất -3/8. Điều đó rất tiện lợi, bởi vì chúng ta có thể điều chỉnh để phù hợp với trọng lực và mật độ không khí của sao Hỏa. Nhưng chúng ta cần phải biết nếu chúng ta rũ bỏ các xoáy từ cánh một cách hợp lý. Rất may, cũng có một mối quan hệ được biết đến: số Strouhal. Str (trong trường hợp này) là biên độ vỗ x tần số vỗ chia cho vận tốc. Trong chuyến bay bay, nó hóa ra khá hạn chế.
Do đó, bot của chúng ta nên kết thúc với một Str trong khoảng 0,2 đến 0,4, trong khi khớp với phương trình Pennycuick. Và cuối cùng, chúng ta cần có được số Reynold trong phạm vi cho một loài côn trùng bay lớn sống (côn trùng nhỏ bay trong một chế độ kỳ lạ, nơi có nhiều lực đẩy dựa trên kéo, vì vậy chúng ta sẽ bỏ qua chúng ngay bây giờ). Hawkmoth được nghiên cứu kỹ lưỡng, vì vậy chúng tôi có phạm vi Re của chúng cho nhiều tốc độ khác nhau. Tùy thuộc vào tốc độ, nó dao động từ khoảng 3.500 đến khoảng 15.000. Vì vậy, một nơi nào đó trong sân bóng sẽ làm.
Có một vài cách giải quyết hệ thống. Cách thanh lịch là tạo các đường cong và tìm kiếm các điểm giao nhau, nhưng một phương pháp nhanh chóng và dễ dàng là đưa nó vào một chương trình ma trận và giải quyết lặp lại. Tôi đã giành được một trong những lựa chọn có thể, nhưng ở đây, một trong những cách làm việc khá tốt để đưa ra một ý tưởng:
Khối lượng: 500 gram
Khoảng cách: 1 mét
Tỷ lệ khung hình cánh: 8,0
Điều này mang lại cho Str là 0,31 (ngay trên tiền) và Re là 13.900 (khá) ở hệ số nâng là 0,5 (rất hợp lý để bay). Để đưa ra một ý tưởng, bot này sẽ có tỷ lệ gần giống chim (tương tự như một con vịt), mặc dù một chút về phía ánh sáng (không khó khăn với vật liệu tổng hợp tốt). Tuy nhiên, nó sẽ lướt qua một vòng cung lớn hơn với tần suất cao hơn một con chim ở đây trên Trái đất, vì vậy nó sẽ trông hơi giống một con sâu bướm khổng lồ ở khoảng cách với đôi mắt được đào tạo trên Trái đất của chúng ta. Là một phần thưởng bổ sung, bởi vì bot này đang bay trong Chế độ Reynold của bướm đêm, điều có thể là nó có thể nhảy lên các hệ số nâng rất cao của côn trùng trong thời gian ngắn sử dụng động lực không ổn định. Ở mức CL 4.0 (đã được đo cho dơi nhỏ và chim ruồi, cũng như một số con ong lớn), tốc độ chuồng chỉ là 19,24 m / s. Max CL là hữu ích nhất để hạ cánh và khởi động. Vậy: chúng ta có thể khởi chạy bot của mình với tốc độ 19,24 m / s không?
Để giải trí, hãy để giả sử bot / chim lỗi của chúng tôi cũng khởi chạy như một con vật. Động vật don lồng cất cánh như máy bay; họ sử dụng một sự khởi đầu đạn đạo bằng cách đẩy từ chất nền. Bây giờ, côn trùng và chim sử dụng tứ chi đi bộ cho việc này, nhưng dơi (và có lẽ là pterizards) sử dụng đôi cánh để tăng gấp đôi như hệ thống đẩy. Nếu chúng ta làm cho cánh bot của chúng ta trở nên đáng giá, thì chúng ta có thể sử dụng cùng một động cơ để phóng như bay, và hóa ra là không cần nhiều lực đẩy. Nhờ trọng lực sao Hỏa thấp, thậm chí một bước nhảy nhỏ đã đi một chặng đường dài và đôi cánh có thể đã đánh bại gần 19,24 m / s như hiện tại. Vì vậy, chỉ cần một chút nhảy sẽ làm điều đó. Nếu chúng ta cảm thấy thích thú, chúng ta có thể đấm mạnh hơn một chút vào nó, và điều đó sẽ thoát ra khỏi miệng hố, v.v. Dù sao đi nữa, bot của chúng ta chỉ cần hiệu quả hơn 4% so với người nhảy sinh học giỏi để tạo ra nó lên đến tốc độ.
Những con số này, tất nhiên, chỉ là một minh họa thô. Có nhiều lý do mà các chương trình không gian chưa ra mắt robot loại này. Các vấn đề về triển khai, cung cấp điện và bảo trì sẽ khiến các hệ thống này rất khó sử dụng hiệu quả, nhưng có thể không hoàn toàn không thể. Có lẽ một ngày nào đó, các tay đua của chúng tôi sẽ triển khai các bot bướm có kích thước con vịt để trinh sát tốt hơn ở các thế giới khác.
