Marsi jaoks lendava sõiduki ehitamisel oleks pinna uurimisel olulisi eeliseid. Andke või võtke see on ainult 1,6% Maa õhutihedusest merepinnal. See tähendab, et tavalised lennukid peaksid kõrgel püsimiseks lendama Marsil väga kiiresti. Teie keskmine Cessna oleks hädas.
Kuid loodus võib pakkuda alternatiivset viisi sellele probleemile vaatamiseks.
Mis tahes lendava (või ujuva) looma, masina jms vedeliku režiimi võib kokku võtta Reynoldsi numbri (Re) abil. Re võrdub iseloomuliku pikkuse x kiiruse x vedeliku tihedusega, jagatud dünaamilise viskoossusega. See on inertsiaalsete jõudude ja viskoossete jõudude suhte mõõt. Teie keskmine lennuk lendab kõrgel Re: palju inertsust õhukindluse suhtes. Kuna Marsi õhutihedus on väike, on ainus viis selle inertsuse saavutamiseks minna kiiresti kiiresti. Kuid mitte kõik lendurid ei tööta kõrge Re juures: enamik lendavaid loomi lendab palju madalamal Re. Eriti putukad töötavad üsna väikeste Reynoldsi arvudega (suhteliselt rääkides). Tegelikult on mõned putukad nii väikesed, et ujuvad pigem õhu kaudu kui lendavad. Niisiis, kui me natuke suurendame vea moodi kriitikat või väikest lindu, võime saada midagi, mis suudab liikuda Marsi atmosfääris, ilma et oleks vaja minna meeletult kiiresti.
Oma väikese roboti piiramiseks on meil vaja võrrandisüsteemi. Selgub, et see pole liiga karm. Ligikaudse lähendina võime kasutada Colin Pennycuicki keskmist lendlemissageduse võrrandit. Põhinedes Pennycuicki (2008) ootuste lehvitamissagedusele, varieerub sagedus laias laastus kehamassist 3/8 võimsuseni, gravitatsioonikiirendusel 1/2 võimsuseni, ulatuseni -23/24 võimsuseni, tiibade pindalalt -1 / 3 võimsus ja vedeliku tihedus -3/8 võimsuseni. See on mugav, sest me saame seda kohandada vastavalt Marsi gravitatsioonile ja õhutihedusele. Kuid me peame teadma, kas me valame mõistlikul viisil tiibu keeristelt. Õnneks on teada ka suhe: Strouhali number. Str (antud juhul) on lehvitamise amplituud x lehvimissagedus jagatud kiirusega. Reisilennul osutub see üsna piiratuks.
Seetõttu peaks meie boti tulemus olema vahemikus Str vahemikus 0,2 kuni 0,4, ühtides samal ajal Pennycuicki võrrandiga. Ja siis peame lõpuks saama suure elava lendava putuka jaoks vahemikus Reynoldsi numbri (pisikesed putukad lendavad kummalises režiimis, kus suur osa tõukejõudest on lohistamispõhine, seega jätame need praegu tähelepanuta). Hawkmothid on hästi uuritud, nii et meil on nende Re vahemik mitmesugustele kiirustele. Sõltuvalt kiirusest jääb see vahemikku umbes 3500 kuni umbes 15 000. Nii et kuskil selles palliplatsis tehakse.
Süsteemi lahendamiseks on mõned viisid. Elegantne viis on genereerida kõveraid ja otsida ristumispunkte, kuid kiire ja lihtne meetod on torgata see maatriksprogrammi ja lahendada iteratiivselt. Ma ei anna kõiki võimalikke võimalusi, kuid siin on üks, mis aitas idee välja töötamiseks üsna hästi välja töötada:
Mass: 500 grammi
Kaugus: 1 meeter
Tiibasuhe: 8,0
See annab Str väärtuseks 0,31 (õigus rahale) ja Re on 13 900 (korralik) tõstekoefitsiendiga 0,5 (mis on mõistlik kruiisimiseks). Idee andmiseks oleks sellel botil umbes linnu moodi proportsioonid (sarnane pardile), ehkki pisut heledal küljel (heade sünteetiliste materjalidega mitte sitke). See lendaks siiski suurema kaare kaudu kõrgemal sagedusel kui lind siin Maa peal, nii et see näeks meie Maa poolt koolitatavate silmade kaugusel natuke nagu hiiglaslik koi. Täiendava boonusena, kuna see robot lendab öösel Reynoldsi režiimis, on usutav, et see võib ebakindla dünaamika abil hüpata putukate väga kõrgetele koefitsientidele lühiajaliselt. CL CL juures 4,0 (mida on mõõdetud nii väikeste nahkhiirte ja kärbseseene kui ka mõnede suurte mesilaste puhul) on varisemiskiirus vaid 19,24 m / s. Max CL on kõige kasulikum maandumisel ja veeskamisel. Niisiis: kas me saame oma boti käivitada kiirusega 19,24 m / s?
Lõbususe huvides oletame, et ka meie lind / putukas käivitub nagu loom. Loomad ei starti nagu lennukid; nad kasutavad aluspinnalt surudes ballistilist initsiatsiooni. Nüüd kasutavad putukad ja linnud selleks kõndimisjäsemeid, nahkhiired (ja ilmselt ka pterosaurused) aga tiibade tõukamiseks. Kui me tegime oma robotite tiivad tõukejõuks, siis saame käivitamiseks kasutada sama mootorit kui lendamiseks ja selgub, et suurt tõuget pole vaja. Tänu madalale Marsi gravitatsioonile läheb isegi väike hüpe kaugele ja tiivad suudavad juba kiirusel 19,24 m / s lähedale lööma minna. Nii et lihtsalt väike hopp teeb selle ära. Kui tunneme väljamõeldist, võime sellele natuke rohkem pistmist panna ja see läheb kraatritest välja jne. Mõlemal juhul peab meie bot olema ainult umbes 4% efektiivne hüppaja kui heade bioloogiliste hüppajatega. seda kiiremini.
Need numbrid on muidugi vaid umbkaudne näide. On palju põhjuseid, miks kosmoseprogrammid pole veel seda tüüpi roboteid käivitanud. Juurutamise, toiteallika ja hooldusega seotud probleemid muudaksid nende süsteemide tõhusa kasutamise väga keerukaks, kuid see ei pruugi olla sugugi võimatu. Võib-olla hakkavad meie roversid kunagi pardi suurused koi-robotid teistesse maailmadesse paremaks tutvumiseks kasutama.
