화성을위한 비행 차량을 구축하면 지표면을 탐사하는 데 상당한 이점이 있습니다. 해수면에서주고받는 지구 공기 밀도의 1.6 %에 불과합니다. 이것은 기존의 항공기가 화성에서 매우 빠르게 비행하여 고도를 유지해야한다는 의미입니다. 평범한 Cessna가 어려움에 처했을 것입니다.
그러나 자연은이 문제를 보는 다른 방법을 제공 할 수 있습니다.
비행 (또는 수영) 동물, 기계 등의 유동 체제는 Reynolds Number (Re)라고 불리는 것으로 요약 할 수 있습니다. Re는 특성 길이 x 속도 x 유체 밀도를 동적 점도로 나눈 값과 같습니다. 관성력 대 점성력의 비율을 측정 한 것입니다. 평균적인 비행기는 공기의 끈적 거림에 비해 높은 관성 비로 관성 비가 높습니다. 화성 대기 밀도가 낮기 때문에이 관성을 얻는 유일한 방법은 정말 빠르게 진행하는 것입니다. 그러나 모든 전단지가 높은 Re에서 작동하는 것은 아닙니다. 대부분의 비행 동물은 훨씬 낮은 Re에서 비행합니다. 특히 곤충은 아주 작은 레이놀즈 수 (상대적으로 말하면)에서 작동합니다. 실제로 일부 곤충은 너무 작아서 날기보다는 공기를 통해 헤엄칩니다. 따라서 우리가 벌레 같은 동물이나 작은 새를 조금만 키우면 화려하게 빨리 갈 필요없이 화성의 분위기에서 움직일 수있는 무언가를 얻을 수 있습니다.
우리의 작은 봇을 구속하기 위해 방정식 시스템이 필요합니다. 너무 힘들지 않은 것으로 밝혀졌습니다. 대략적인 근사치로 Colin Pennycuick의 평균 플 래핑 주파수 방정식을 사용할 수 있습니다. Pennycuick (2008)의 플 래핑 주파수 예상에 따라 플 래핑 주파수는 대략 3/8 전력에 대한 체질량, 1/2 전력에 대한 중력 가속도, -23/24 전력, 날개 영역 -1 / 3 출력 및 -3/8 출력의 유체 밀도. 화성의 중력과 공기 밀도에 맞게 조정할 수 있기 때문에 편리합니다. 그러나 우리는 날개에서 소용돌이를 합리적인 방식으로 흘리고 있는지 알아야합니다. 고맙게도 알려진 관계가 있습니다 : Strouhal 수. Str (이 경우)은 플 래핑 진폭 x 플 래핑 주파수를 속도로 나눈 값입니다. 순항 비행에서는 꽤 제한적입니다.
따라서 우리의 봇은 Pennycuick 방정식과 일치하면서 0.2와 0.4 사이의 Str로 끝나야합니다. 그리고 마지막으로, 우리는 큰 살아있는 비행 곤충의 범위에서 레이놀즈 수를 얻어야합니다 (작은 곤충은 많은 추진력이 항력을 기반으로하는 이상한 정권에서 날기 때문에 지금은 무시할 것입니다). Hawkmoths는 잘 연구되었으므로 다양한 속도에 대한 Re 범위가 있습니다. 속도에 따라 약 3,500에서 15,000 사이입니다. 야구장 어딘가에 있습니다.
시스템을 해결하는 몇 가지 방법이 있습니다. 우아한 방법은 곡선을 생성하고 교차점을 찾는 것입니다. 그러나 빠르고 쉬운 방법은 곡선을 행렬 프로그램에 펀칭하여 반복적으로 해결하는 것입니다. 가능한 모든 옵션을 제공하지는 않지만 아이디어를 제공하기 위해 잘 작동 한 옵션은 다음과 같습니다.
질량 : 500 그램
스팬 : 1 미터
날개 종횡비 : 8.0
이는 0.3의 승률 (돈에 대한 권리)과 Re의 13,900 (득점)을 0.5의 승강 계수 (크루징에 합리적)로 제공합니다. 아이디어를주기 위해,이 봇은 가벼운면 (약한 합성 재료로는 힘들지 않음)에도 불구하고 대략 조류 같은 비율 (오리와 유사)을 가질 것입니다. 그러나 그것은 지구상의 새보다 더 높은 주파수에서 더 큰 원호를 통해 펄럭 거릴 것입니다. 그래서 그것은 지구의 훈련 된 눈에 먼 거리에서 거대한 나방처럼 보일 것입니다. 추가로 보너스로,이 봇은 나방 인 레이놀즈 정권에서 날고 있기 때문에 불안정한 역학을 사용하여 짧은 기간 동안 곤충의 매우 높은 리프트 계수로 점프 할 수있을 것입니다. 4.0의 CL (작은 배트 및 플라이 캐처 및 일부 큰 벌에 대해 측정)에서 스톨 속도는 19.24m / s에 불과합니다. Max CL은 착륙 및 발사에 가장 유용합니다. 봇을 19.24m / s로 시작할 수 있습니까?
재미를 위해 조류 / 버그 봇도 동물처럼 발사된다고 가정 해 봅시다. 동물은 비행기처럼 이륙하지 않습니다. 그들은 기질에서 밀어 냄으로써 탄도 개시를 사용합니다. 이제 곤충과 새는이를 위해 걷는 사지를 사용하지만 박쥐 (및 익룡)는 날개를 사용하여 추진 시스템을 두 배로 늘립니다. 봇 날개를 밀기 쉽게 만들면 같은 모터를 사용하여 비행을 시작할 수 있으며 많은 밀기가 필요하지 않습니다. 낮은 화성 중력 덕분에 약간의 도약조차도 먼 길을 가고 날개는 이미 19.24m / s 근처에서 이길 수 있습니다. 그래서 작은 홉이 그것을 할 것입니다. 우리가 공상을 느끼면 조금 더 펀치를 낼 수 있고 분화구 등에서 벗어날 수 있습니다. 어느 쪽이든, 우리의 봇은 좋은 생물학적 점퍼만큼 약 4 % 만 효율적으로 뛰어 넘으면됩니다. 속도까지.
물론이 숫자는 대략적인 예시 일뿐입니다. 우주 프로그램이 아직 이런 종류의 로봇을 발사하지 않은 데는 여러 가지 이유가 있습니다. 배포, 전원 공급 및 유지 관리 문제로 인해 이러한 시스템을 효과적으로 사용하기가 매우 어려울 수 있지만 완전히 불가능한 것은 아닙니다. 아마도 언젠가 로버는 다른 세계에서 더 나은 정찰을 위해 오리 크기의 나방 봇을 배치 할 것입니다.
