For at sende til den Røde planet, Rover er god. Send helikopteren er endnu bedre. En sådan plan er NASA for 2020: at sende en “chopper” med Rover. Ideen er, at Rover-rullende på den røde ørken, og før ham, fløj en lille helikopter. Helikopteren vil være Selvstændig og drive for et par minutter en dag. Den største fordel er, at han kan spejder området foran Rover og tager billeder, og du kan være en cool selfie med Marsmænd. Vittigheder vittigheder, men fordelen er, at sådan en Rover foran den anden, er uforståeligt.
På trods af de åbenlyse kølighed denne mission Mars helikopter vil også nødt til at løse nogle spørgsmål i relation til fysik. I virkeligheden, Mars, er en anden planet. Lad os se det i øjnene.
Hvorfor det ikke har en skrue på halen?
Mars helikopter er ikke som en almindelig helikopter. Helikoptere med en enkelt skrue (som dem, vi ser den på Jorden) har brug for en hale rotor, kompensere for ændringen af impulsmomentet (og moment på grund af luft friktion). Uden en hale rotor helikopter spundet, og han styrtede ned — eller de passagerer, der kastede op, og hvordan til at drikke. Coax helikopter main rotor har to ben, protivovrashchatelnyj. Og da de to skruer dreje i modsat retning, er den samlede impulsmoment er nul, og ikke behøver nogen yderligere hale rotor.
At slippe af med den hale rotor nyttigt for at spare plads. Du kan gøre en lille helikopter med coax-rotorer. Mindre er mere, især i de trange om Bord Rover. Sat på Rover er en stor helikopter ville være som at forsøge at rulle en kuffert fuld af lastbil over ujævnt terræn. Også, glem ikke, at Mars helikopter ikke ville vende tilbage til Rover, men det er en start.
Vil en helikopter flyve på Mars?
Som for flyvning på helikopteren, mellem Jorden og Mars, er der store forskelle. For det første, at den atmosfæriske tæthed på Mars er meget lavere end på Jorden (omkring 1% atmosfæriske tæthed). For det andet, at det gravitationelle felt er også mindre på Mars (38% af tyngdekraften på Jordens overflade). Den lave atmosfæriske tæthed komplicerer flyvning på helikopteren, men den reducerede alvor gør det lettere.
Spørgsmålet bør være sagt på en anden måde: hvorfor gør de helikoptere flyve? I den simpleste model af stak af helikopteren, skruer, løft luften over helikopter og kaste ham ned. Fordi momentum er “dumpet” luften vil være øgede, har brug for strøm — og det er den løftekraft. Det er også muligt at repræsentere massen af luften i form af en cylinder med samme radius som kvadratet af helikopteren.
Her: stak — stak, rotor område — området for rotation af skrue -, hastighed — den hastighed i luft
Momentum tabes “luft” (lad os kalde det luften og på Mars og på Jorden), afhænger af den hastighed med hvilken den bevæger sig ned, og dens masse. Hvad er luft masse? Da stak afhænger af graden af ændring af momentum, højden af denne cylinder af luft, at vi ikke nødvendigvis kender. Men ændringen af den luft masse afhænger af størrelsen af skruer og massefylden af luften. Det er derfor muligt at give et groft tilnærmelse af kraft af helikopteren:
A er arealet af rotation af skruen, v — hastighed af luften, der bevæger sig nedad. Massefylden af luften er repræsenteret ved det græske bogstav ρ. Hvor er tyngdekraft? Godt, hvis den helikopter, der vil svæve, den stak skal være ens i vægt. Du kan beregne den vægt som produktet af masse (m) og tyngdefelt (g).
Beregninger: Kabel
Fordi luften tæthed på Mars er lige til at 0.01 af luftens massefylde på Jorden, men det gravitationelle felt er 0.38 fra jorden, reduceret tyngdekraft, ikke svarer til det tab af luft massefylde. På Mars til at svæve mere vanskeligt end på Jorden. Og en anden ting: i intet tilfælde skal du ikke forsøge at bruge denne rå model kraft af helikopteren til at skabe deres egen helikopter.
Og nu tæller dig selv: at kende masse og størrelse af Mars helikopter, hvad der bør være antallet af acceleration af air skruer for at få denne ting til at flyve?
NASA hævder, at Mars helikopter, der kan flyve omkring to til tre minutter om dagen. Resten af tiden vil han bruge solar panel på toppen til at oplade batteriet. Så, hvor stort et batteri, du har brug for denne helikopter? Der er to måder at vurdere størrelsen af batteriet (spørg NASA — kedeligt).
Den første måde starter fra tidspunktet for opladningen. Helikopteren vil opkræve den hele dag. På Mars, hver dag næsten præcis falder sammen med jordens dag (37 minutter længere). Den samlede varighed af dagen har ingen værdi — vigtigt, at der kun dagslys og lys fra solen. Som på Jorden, varigheden af dagslys ændrer sig med årene. Lad os tage for eksempel 10 timers lys om dagen.
Den næste ting at bestemme, er bestråling. Det er en overfladisk effekttæthed af stråling, der falder på overfladen. På Jorden er det højst 1000 watt per kvadratmeter. På Mars — 2590 Watt per sq. m. Men dette er det maksimale, er holde i sindet. I løbet af dagen, solen ændrer sin position. Hvis solpanelet er statisk, den gennemsnitlige indstråling er lavere. Tager 295 watt/kvm Størrelsen af vores solar panel skøn med en radius på 7 cm Med samme størrelse, indstråling, dag længde og en effektivitet på 25%, vi får omkring 40.000 joule energi. Det er tæt på den energi, der holder batteriet i iPhone X.
Nu til den anden metode. Hvor meget energi er behov for Mars helikopter til at blive i luften i tre minutter? Hvordan til at beregne flight power? Lad os forestille os dette: magt er den hastighed, som du bruger energi. Hvad den helikopter, der er at gøre med din energi? Det tager luften over det, og det accelererer (øger dens kinetiske energi). For at beregne flight power tage skrue størrelse (14 cm i diameter) og vægten af helikopter (1 kg). Dette vil give os mulighed for at beregne trykket af luft, der kræves til fordampning. Fra denne hastighed kan vi beregne den procentvise ændring i kinetisk energi — power. Få den flyvende effekt af 374 watt.
Men vent: NASA har allerede sendt de krav til kapacitet af helikopteren er 220 watt. Hvis du starter fra dem, kan vi beregne den energi, der kræves til at operere inden for tre minutter, fordi strøm er energi/tid. Energiforbrug i dette tilfælde vil være af 3.96 x 104 joule. Det er fortsat at se, at ting i aktion.
Som det vil være flyvende Mars helikopter NASA?
Ilya Hel