Вертолет Ingenuity, совершивший полет на Марс, рассчитан на давление примерно 0,01 бар и более холодную атмосферу, состоящую в основном из CO2. См. ссылки (включая видео) в этом ответе на вопрос, что это за лаборатория JPL и каковы функции этих потрясающе выглядящих панелей управления? в Space SE и источниках, связанных внутри. Чтобы узнать больше об атмосфере Марса, см. этот ответ на вопрос «Что может раскрыть Настойчивость, слушая Изобретательность?» там же и источники внутри.
Роторы встречного движения (приводимые в движение отдельными двигателями, но синхронизированные) вращаются со скоростью около 2500 об/мин. Пропеллеры огромны по земным стандартам по сравнению с крошечным весом, который они несут. Но мы также должны помнить, что на Земле он будет весить больше. См. ответы на вопрос Вращается ли Ingenuity за счет разной скорости ротора или разных углов атаки? и источники внутри для получения дополнительной информации об этом.
Вопрос: Гипотетически, мог ли марсианский вертолет Ingenuity совершить испытательный полет на открытом воздухе в Лаборатории реактивного движения просто так? Не то чтобы они когда-нибудь сделали бы такое (он всегда будет содержаться в очень чистом и очень безопасном состоянии), но с технической точки зрения полетит ли он? Какие скорости и крутящие моменты ротора были бы необходимы, и были бы они возможны с легкими двигателями, оптимизированными для полета на Марс?
Нет, Изобретательность была слишком тяжелой и маломощной, чтобы летать на Земле.
С 27:30 до 29:00 на видео пресс-конференции 13 мая 2021 года один из его дизайнеров, Мэтт Киннон, вручную пилотирует то, что он назвал «земной версией Ingenuity», официально названной Earth Copter по прозвищу Тери или Терри. (Репортерам пришлось угадывать написание. В расшифровке 60-минутного фрагмента есть Терри, но в нем отсутствует I для изобретательности.)
В 24:45 Мэтт объясняет, что единственные существенные аппаратные отличия по сравнению с Ingenuity заключаются в том, что он легче (он не говорит, насколько) и что его двигатели выше и имеют вдвое больший крутящий момент. Aerovironment не опубликовала никаких достоверных данных о Терри или, возможно, вообще никакого текста, поскольку даже его имя остается спорным.
Но ясно, что они разработали Терри, чтобы точно имитировать то, как Ingenuity будет летать на Марсе (см. раздел «Итерации» в Ingenuity With AeroVironment ), поэтому они не стали бы облегчать его и использовать гораздо более мощные двигатели по капризным причинам. Он действительно должен был лететь. Прямая цитата Мэтта в 24:45:
Мы также уменьшили вес Терри по сравнению с Изобретательностью, потому что он летит в условиях земного притяжения.
Со-дизайнер Бен Пипенберг также говорит:
Терри предназначен для полетов здесь, на Земле, поэтому двигатели были переработаны и стали более мощными и имеют более высокий крутящий момент, чтобы справиться с более плотной атмосферой и более высокой гравитацией.
... испытательный полет на открытом воздухе в JPL просто так
Возможно, если бы они хотели потерять работу инженеров, но если бы кто-то попробовал:
Ingenuity представляет собой конструкцию ротора с постоянной скоростью и переменным шагом. Земная гравитация в 2,64 раза больше марсианской. Скорость вращения ротора 2500 об/мин. Диаметр ротора 4 фута. Скорость кончика ротора:
2500 об/мин × 4 фута × 3,14 × 60 мин/ч × 1 миля/5280 футов = 340 миль в час
Почему так медленно?
Скорость звука в CO2 меньше (78%), чем в воздухе. В гелии он движется почти в 3 раза быстрее! Скорость звука также ниже при более низких температурах.
Эти факторы влияют на марсианский дизайн. Роторы будут прекрасно работать на Земле, но...
На Земле им придется поднимать в 2,64 раза больше веса.
Подъемная сила = коэффициент × площадь × скорость х Плотность
Если бы плотность воздуха была в 100 раз больше, управление шагом ротора было бы намного сложнее. Предполагая, что вы не сожжете двигатели , пытаясь разогнаться до 2500 об/мин, вертолет, вероятно, разобьется из-за чрезмерного управления .
Забегая вперед, мы могли бы уменьшить спецификацию RPM для полета на Землю:
Квадратный корень 2,64 x 2500 об/мин/коэффициент плотности 100 = 40 об/мин!
или использовать роторы меньшего размера, что делает его более управляемым. Также можно было бы добавить немного плавучести с помощью гелиевого дирижабля. Тогда можно будет летать.
Последним соображением будет влияние числа Рейнольдса на характеристики лопастей несущего винта. Здесь марсианская атмосфера и более высокая скорость лопастей дадут преимущество.
Число Рейнольдса = хорда × скорость/кинематическая вязкость
Таким образом, для Earth Ingenuity потребуется перепроектирование, но концептуально интерес представляет подход с вращением в противоположных направлениях, переменным шагом и постоянной скоростью (с газовым мешком или без него).
Учитывая более высокую гравитацию на Земле, эффективная масса корабля на Земле выше, чем на Марсе. Сопротивление также намного выше из-за более высокой плотности атмосферы.
Оба фактора вызывают потребность в большей подъемной силе и мощности в виде более крупных роторов и более мощных двигателей.
К счастью, более плотный воздух также означает большую подъемную силу на единицу площади роторов, что уменьшает требуемый размер ротора и несколько компенсирует потребность в более крупных роторах.
У меня нет математики или данных для необходимых расчетов, но маловероятно, что корабль, спроектированный как можно более компактный и легкий, сможет работать в марсианских условиях и сможет быть запущен на самой дешевой доступной ракете-носителе. доступные (стоимость...) хорошо подходят для использования на Земле.
Это возможно, но маловероятно.
ооо
Мистер Р
Лягушка
ооо
Лягушка
Камиль Гудзен