Роботи, що літають, для дослідження поверхні Марса - Військовий огляд
В даний час поверхня Марса досліджується за допомогою спеціальних орбітальних станцій, а також стаціонарних модулів чи тихохідних роверів. Між цими дослідницькими апаратами існує досить велика прогалина, яка могла б заповнити собою різні літальні апарати. Здавалося б, чому над поверхнею Червоної планети досі не літають штучні апарати, створені людиною? Відповідь це питання лежить на поверхні (у всіх сенсах), щільність атмосфери Марса становить лише 1,6% від щільності земної атмосфери над рівнем моря, що у свою чергу означає, що літакам на Марсі довелося б літати з дуже великою швидкістю, для того щоб не впасти.
Атмосфера Марса дуже розряджена, тому ті літальні апарати, які використовуються людиною при переміщенні в атмосфері Землі, практично не підходять для використання в атмосфері Червоної планети. При цьому, як це не дивно, вихід із ситуації з майбутніми марсіанськими літальними апаратами запропонував американський учений-палеонтолог Майкл Хабіб. На думку палеонтолога, чудовим прототипом апаратів, здатних літати у марсіанській атмосфері, можуть стати звичайні земні метелики чи невеликі птахи. Майкл Хабіб вважає, що відтворивши подібні істоти, збільшивши їх розміри, за умови збереження їх пропорцій, людству вдасться отримати відповідні для польотів в атмосфері Червоної планети апарати.
Такі представники нашої планети, як метелики або колібрі, можуть літати в атмосфері з низькою в'язкістю, тобто в такій же атмосфері, як на поверхні Марса. Саме тому вони можуть виступити дуже хорошими зразками для створення майбутніх моделей літальних апаратів, придатних дляпідкорення марсіанської атмосфери. Максимальні розміри подібних апаратів можна було б розрахувати, використовуючи рівняння англійського вченого Коліна Пеннісьюїка з Брістоля. Однак основними проблемами все ж таки варто визнавати питання, пов'язані з обслуговуванням подібних літальних апаратів на Марсі на віддалі від людей і за їх відсутності на поверхні.
Поведінка всіх плаваючих і літаючих тварин (так само як і машин) можна виразити числом Рейнольдса (Re): для цього необхідно перемножити між собою швидкість летуна (або плавця), характеристичну довжину (наприклад, гідравлічний діаметр, якщо ми говоримо про річку) і щільність рідини (газу), а отриманий в результаті перемноження результат розділити на динамічну в'язкість. В результаті вийде ставлення інерційних сил до сил в'язкості. Звичайний літак може летіти на високій кількості Re (дуже висока інерція щодо в'язкості повітря). Проте Землі існують тварини, яким «вистачає» порівняно малого числа Re. Такі крихітні пташки або комахи: деякі з них мають настільки невеликі розміри, що, по суті, вони не літають, а плавають повітрям.
Вчений-палеонтолог Майкл Хабіб, враховуючи це, запропонував взяти будь-яку з цих тварин чи комах, збільшивши всі пропорції. Так вдалося б отримати літальний апарат, пристосований для марсіанської атмосфери, і не потребує високої швидкості польоту. Усе питання полягає в тому, до яких розмірів можна було б збільшити метелика чи пташку? Саме тут і з'являється рівняння Коліна Пеннісьюїка. Даний учений ще в 2008 році запропонував оцінку, згідно з якою частота коливань може змінюватись в діапазоні, який утворюється такими числами: маса тіла (корпусу) – у ступеню 3/8, довжина – у ступеню -23/24,площа крила – у ступені -1/3, прискорення вільного падіння – у ступені 1/2, щільність рідини – у ступені –3/8.
Це досить зручно для розрахунків, оскільки можна вносити поправки, які б відповідали щільності повітря і силі тяжіння на Марсі. При цьому необхідно буде також знати, чи правильно ми утворимо вихори від використання крил. На щастя і тут існує відповідна формула, яка виражається числом Струхаля. Дане число розраховується в цьому випадку як добуток частоти та амплітуди коливань, поділений на швидкість. Значення цього показника дуже обмежить швидкість апарату в крейсерському режимі польоту.
Значення цього показника для марсіанського апарату має становити від 0,2 до 0,4, щоб відповідати рівнянню Пеннісьюїка. При цьому в кінці необхідно буде привести число Рейнольдса (Re) в інтервал, який відповідав би великій комахі, що літає. Наприклад, у досить добре вивчених бражників: Re відомо для різних швидкостей польоту, залежно від швидкості це значення може змінюватись від 3500 до 15000. У цей діапазон Майкл Хабіб пропонує вкластися і творцям марсіанського літака.
Вирішити запропоновану систему сьогодні можна у різний спосіб. Найбільш витончений з них – це побудова кривих зі знаходженням точок перетину, проте найшвидше і набагато простіше ввести всі дані в програму для обчислення матриць та вирішити ітераційно. Американський учений не наводить всіх можливих варіантів рішення, зупинившись на тому з них, який він вважає за найбільш відповідне. Згідно з цими розрахунками довжина «гіпотетичної тварини» повинна становити 1 метр, маса близько 0,5 кг, відносне подовження крила — 8,0.
Для апарата або створення таких розмірівчисло Струхаля становило б 0,31 (дуже добрий результат), Re – 13 900 (теж добре), коефіцієнт підйомної сили – 0,5 (прийнятний результат для крейсерського режиму польоту). Для того щоб реально уявити цей апарат Хабіб порівняв його пропорції з качиними. Але при цьому використання нежорстких синтетичних матеріалів має зробити його ще легшим, ніж у гіпотетичної качки таких самих розмірів. Крім цього даному дрону доведеться набагато частіше плескати крилами, тому тут доречно буде порівняти його з мошкою. У той же час число Re можна порівняти з таким у метеликів, дозволяє судити про те, що на короткий час апарат матиме високий коефіцієнт підйомної сили.
Заради сміху, Майкл Хабіб пропонує допустити той факт, що його гіпотетичний літальний апарат буде злітати на кшталт птаха або комахи. Всім відомо, що тварини не розбігаються по ЗПС, для зльоту вони відштовхуються від опори. Для цього птахи, як і комахи, використовують свої кінцівки, а кажани (цілком ймовірно, що раніше так чинили і птерозаври) як штовхаючу систему використовували ще й власні крила. Завдяки тому, що сила тяжіння на Червоній планеті дуже мала, вистачить навіть порівняно невеликого поштовху для зльоту – близько 4% від того, що можуть продемонструвати найкращі земні стрибуни. При цьому якщо системі апарату, що штовхає, вдасться додати потужності, він зможе без проблем злітати навіть з кратерів.
Це дуже груба ілюстрація і не більше. В даний час існує велика кількість причин, через які космічні держави досі не створили подібних дронів. Серед них можна виділити проблему розгортання літального апарату на Марсі (можна здійснити за допомогою марсоходу), обслуговування таенергозабезпечення. Ідея досить складно реалізована, що зрештою може зробити її малоефективною або навіть зовсім неможливою.
Літак для вивчення Марса
За 30 років Марс та його поверхню обстежилися найрізноманітнішими технічними засобами, його досліджували орбітальні супутники, та більш ніж 15 видів різних пристроїв, чудо-всюдиходів та інших хитрих апаратів. Передбачається, що незабаром до Марса буде відправлено і робот-літак. Принаймні, науковий центр NASA розробив новий проект спеціального роботизованого літака, призначеного для вивчення Червоної планети. Передбачається, що літальний апарат вивчатиме поверхню Марса з висоти порівнянної з висотою марсіанських всюдиходів-дослідників.
У марсолеті повинні об'єднатися всі переваги сучасних марсоходів, помножені на потенціал вивчення величезних відстаней і площ. Марсолет, який вже отримав позначення ARES, зараз створюють 250 фахівців, що працюють у різних галузях. Вже зараз ними створено прообраз марсіанського літака, який має такі розміри: розмах крил 6.5 метрів, довжина 5 метрів. Для виготовлення даного літаючого робота планується використовувати найлегший полімерний вуглецевий матеріал.
До Червоної планети даний апарат передбачається доставити в такому самому корпусі, що і апарат для посадки на поверхню планети. Головне призначення даного корпусу – захистити марсолет від руйнівної дії перегріву при вступі капсули в контакт з атмосферою Марса, а також захистити апарат при посадці від можливих поломок та механічних пошкоджень.
Закинути цей літальний апарат на Марс вчені планують за допомогою вже перевірених носіїв, однак і тутУ них є нові ідеї. За 12 годин до посадки на поверхню Червоної планети апарат відокремиться від носія та на висоті 32 км. над поверхнею Марса він випустить марсіанський літак із капсули, після чого марсолет одразу ж запустить свої двигуни і, розгорнувши шестиметрові крила, приступить до автономного польоту над поверхнею планети.
Передбачається, що літальний апарат ARES зможе пролетіти над марсіанськими горами, які зовсім не вивчені землянами та провести необхідні дослідження. Звичайні марсоходи не можуть видертися на гори, а супутники досить важко розрізняють деталі. У той самий час у горах Марса існують зони, які мають сильним магнітним полем, природа якого незрозуміла вченим. У польоті ARES кожні 3 хвилини брати проби повітря з атмосфери. Це досить важливо, оскільки на Марсі було знайдено газ метан, природа та джерело появи якого абсолютно не зрозумілі. На Землі метан виробляють живі істоти, тоді як джерело метану на Марсі зовсім неясне і поки що невідоме.
Також у марсолеті ARES збираються встановити апаратуру для пошуку звичайної води. Вчені припускають, що за допомогою ARES вони зможуть отримати нову інформацію, яка проллє світло на минуле Червоної планети. Вчені-дослідники вже назвали проект ARES найкоротшою космічною програмою. Марсіанський літак може пробути в повітрі всього близько 2-х годин, доки у нього не витрачено паливо. Однак і за цей невеликий проміжок часу, ARES все-таки буде в змозі подолати відстань 1500 кілометрів над поверхнею Марса. Після цього апарат здійснить посадку і зможе продовжити вивчення поверхні та атмосфери Марса.