फ्लाइंग मार्स रोबोट के लिए सर्वश्रेष्ठ डिज़ाइन क्या है?

मंगल ग्रह के लिए एक उड़ने वाले वाहन का निर्माण सतह की खोज के लिए महत्वपूर्ण फायदे होंगे। यह समुद्र तल पर पृथ्वी के वायु घनत्व का केवल 1.6% है, देना या लेना। इसका मतलब है कि पारंपरिक विमानों को मंगल पर रहने के लिए बहुत जल्दी उड़ना होगा। आपका औसत सेसना मुसीबत में होगा।

लेकिन प्रकृति इस समस्या को देखने का एक वैकल्पिक तरीका प्रदान कर सकती है।

किसी भी उड़ान (या तैराकी) जानवर, मशीन आदि के द्रव शासन को रेनॉल्ड्स नंबर (रे) नामक कुछ द्वारा संक्षेपित किया जा सकता है। पुन: गतिशील चिपचिपाहट द्वारा विभाजित विशेषता लंबाई x वेग x द्रव घनत्व के बराबर है। यह चिपचिपे लोगों को जड़त्वीय बलों के अनुपात का एक उपाय है। आपका औसत हवाई जहाज एक उच्च रे में उड़ता है: बहुत सी जड़ता वायु चिपचिपाहट के सापेक्ष। क्योंकि मंगल की हवा का घनत्व कम है, उस जड़ता को प्राप्त करने का एकमात्र तरीका वास्तव में तेज है। हालांकि, सभी यात्री उच्च रे पर काम नहीं करते हैं: अधिकांश उड़ने वाले जानवर बहुत कम रे में उड़ते हैं। कीड़े, विशेष रूप से, काफी छोटे रेनॉल्ड्स संख्या (अपेक्षाकृत बोलने) पर काम करते हैं। वास्तव में, कुछ कीड़े इतने छोटे होते हैं कि वे उड़ने के बजाय हवा के माध्यम से तैरते हैं। इसलिए, अगर हम बग-जैसे क्रेटर या छोटे पक्षी को बस थोड़ा सा बढ़ाते हैं, तो हमें कुछ ऐसा मिल सकता है, जो बगैर तेजी से चलते हुए मार्टियन वातावरण में आगे बढ़ सकता है।

हमें अपने छोटे बॉट को विवश करने के लिए समीकरणों की एक प्रणाली की आवश्यकता है। पता चला कि बहुत कठिन नहीं है। खुरदरे अंदाजे के तौर पर, हम कॉलिन पेनीकुइक के औसत फ़्लेपिंग फ्रिक्वेंसी समीकरण का उपयोग कर सकते हैं। पेनीकुइक (2008) से फ़्लेपिंग फ़्रीक्वेंसी अपेक्षाओं के आधार पर, फ़्लैपिंग फ़्रीक्वेंसी मोटे तौर पर बॉडी मास के रूप में 3/8 पावर, गुरुत्वाकर्षण शक्ति में 1/2 पावर तक फैलती है, -23/24 पावर, विंग एरिया -1 तक / 3 शक्ति, और तरल पदार्थ घनत्व -3/8 शक्ति के लिए। यह आसान है, क्योंकि हम मंगल ग्रह के गुरुत्वाकर्षण और वायु घनत्व का मिलान कर सकते हैं। लेकिन हमें यह जानना होगा कि क्या हम उचित तरीके से पंखों से भंवर बहा रहे हैं। शुक्र है, वहाँ एक ज्ञात संबंध है, वहाँ भी है: स्ट्रॉहल संख्या। Str (इस मामले में) आयाम द्वारा विभाजित आयाम x फड़फड़ा आवृत्ति फड़फड़ा रहा है। क्रूज़िंग फ्लाइट में, यह बहुत विवश है।

इसलिए, हमारे बॉट को 0.2 और 0.4 के बीच एक स्ट्रान के साथ समाप्त करना चाहिए, जबकि पेनीक्यूविक समीकरण का मिलान करना चाहिए। और फिर, आखिरकार, हमें एक बड़े जीवित उड़ान कीट के लिए रेंज में रेनॉल्ड्स संख्या प्राप्त करने की आवश्यकता है (छोटे कीड़े एक अजीब शासन में उड़ते हैं, जहां बहुत अधिक प्रणोदन ड्रैग-आधारित है, इसलिए हम उन्हें अभी के लिए अनदेखा कर देंगे)। हॉकमॉथ्स का अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है, इसलिए हमारे पास विभिन्न प्रकार की गति के लिए उनकी आर रेंज है। गति के आधार पर, यह लगभग 3,500 से लेकर 15,000 तक है। तो इसमें कहीं न कहीं बॉलपार्क करेगा।

सिस्टम को हल करने के कुछ तरीके हैं। सुरुचिपूर्ण तरीका घटता उत्पन्न करना और चौराहे के बिंदुओं की तलाश करना है, लेकिन एक तेज और आसान तरीका यह है कि इसे मैट्रिक्स प्रोग्राम में छिद्रित किया जाए और पुनरावृत्ति को हल किया जाए। मैं सभी संभावित विकल्प नहीं दे सकता, लेकिन यहाँ एक है कि एक विचार देने के लिए बहुत अच्छी तरह से काम किया है:

मास: 500 ग्राम
स्पैन: 1 मीटर
विंग पहलू अनुपात: 8.0

यह 0.5 के लिफ्ट गुणांक पर 0.31 (पैसे पर सही) और 13,900 (सभ्य) का एक स्ट्रोक देता है (जो कि परिभ्रमण के लिए उचित है)। एक विचार देने के लिए, इस बॉट में लगभग पक्षी की तरह अनुपात (एक बतख के समान) होगा, हालांकि यह हल्के पक्ष पर थोड़ा सा होता है (अच्छे सिंथेटिक सामग्री के साथ कठिन नहीं)। हालाँकि, यह पृथ्वी पर एक पक्षी की तुलना में उच्च आवृत्ति पर एक बड़े चाप के माध्यम से फ्लैप होगा, इसलिए यह हमारी पृथ्वी-प्रशिक्षित आंखों की दूरी पर एक विशाल पतंग जैसा होगा। एक अतिरिक्त बोनस के रूप में, क्योंकि यह बॉट एक कीट-ईश रेनॉल्ड्स शासन में उड़ रहा है, यह प्रशंसनीय है कि यह अस्थिर गतिशीलता का उपयोग करके संक्षिप्त अवधि के लिए कीड़ों के बहुत उच्च लिफ्ट गुणांक में कूदने में सक्षम हो सकता है। 4.0 के एक सीएल पर (जिसे छोटे चमगादड़ और फ्लाईकैचर, साथ ही कुछ बड़ी मधुमक्खियों के लिए मापा गया है), स्टाल की गति केवल 19.24 मीटर / सेकंड है। मैक्स सीएल लैंडिंग और लॉन्चिंग के लिए सबसे उपयोगी है। तो: हम 19.24 मीटर / सेकंड पर अपना बॉट लॉन्च कर सकते हैं?

मज़े के लिए, मान लें कि हमारा पक्षी / बग बॉट भी जानवर की तरह लॉन्च होता है। पशु हवाई जहाज की तरह उड़ान नहीं भरते हैं; वे सब्सट्रेट से धक्का देकर एक बैलिस्टिक दीक्षा का उपयोग करते हैं। अब, कीड़े और पक्षी इसके लिए चलने वाले अंगों का उपयोग करते हैं, लेकिन चमगादड़ (और शायद pterosaurs) पंखों का उपयोग पुश सिस्टम के रूप में दोगुना करने के लिए करते हैं। यदि हमने अपने बॉट्स विंग्स को पुश-योग्य बनाया है, तो हम उसी मोटर का उपयोग कर सकते हैं जो उड़ान भरने के लिए लॉन्च करता है, और यह पता चलता है कि बहुत अधिक पुश की आवश्यकता नहीं है। कम मंगल के गुरुत्वाकर्षण के लिए धन्यवाद, यहां तक ​​कि एक छोटी सी छलांग बहुत लंबा रास्ता तय करती है, और पंख पहले से ही 19.24 मीटर / सेकंड के पास हरा सकते हैं। तो बस थोड़ी सी उम्मीद यही करेगी। अगर हम फैंसी महसूस कर रहे हैं, तो हम इस पर थोड़ा और पंच लगा सकते हैं, और यह क्रैटर आदि से बाहर निकल जाएगा, किसी भी तरह, हमारे बॉट को केवल 4% के रूप में कुशल लीपर के रूप में अच्छा जैविक कूदने वाले बनाने की आवश्यकता है यह गति के लिए।

ये संख्या, निश्चित रूप से, एक मोटा चित्रण है। कई कारण हैं कि अंतरिक्ष कार्यक्रमों ने अभी तक इस प्रकार के रोबोट लॉन्च नहीं किए हैं। तैनाती, बिजली की आपूर्ति और रखरखाव के साथ समस्याएं इन प्रणालियों को प्रभावी ढंग से उपयोग करने के लिए बहुत चुनौतीपूर्ण बनाती हैं, लेकिन यह पूरी तरह से असंभव नहीं हो सकता है। शायद किसी दिन हमारे रोवर्स अन्य दुनिया पर बेहतर टोही के लिए बत्तख के आकार के पतंगों को तैनात करेंगे।