Могли бы вы летать на самолетах на Юпитере?

Мне кажется, что хитрость в том, чтобы углубиться в Юпитер, чтобы получить более плотную атмосферу, а не пытаться забраться, чтобы уменьшить гравитационное притяжение.

Требуя, чтобы подъемная сила равнялась гравитационному притяжению, мы имеем дело с:

Где$S$площадь поверхности крыла,$v$скорость,$m$масса самолета,$g$гравитация и$\rho$плотность.

Это в основном говорит о том, что вы ожидаете: большая гравитация затрудняет полет, а более высокое давление облегчает.

Чтобы узнать об атмосфере Юпитера, см., например, Википедию .

У Юпитера на самом деле нет поверхности, по крайней мере, пока вы не проникнете глубоко в металлическое водородное ядро.

«уровень давления 10 бар на высоте около 90 км ниже 1 бар при температуре около 340 К обычно считается основанием тропосферы»

Принимая во внимание, что радиус Юпитера составляет более 70 000 км, эта высота по-прежнему будет иметь ту же гравитацию, что и уровень в 1 бар, то есть около 2,5g.

При 10-кратном давлении и почти такой же температуре, как на Земле, но с водородным составом, общая плотность атмосферы все равно будет ниже примерно на треть.

Так что на такой высоте вам нечего делать. Однако мне кажется это выполнимым; мало чем отличается от полета при земной гравитации при 0,25 атмосферы, что составляет около 50 000 футов.

Однако это не то же самое, что летать здесь на высоте 50 000 футов: помните, что давление в 10 раз выше. Это повлияет на конструктивные особенности.

В качестве альтернативы, если продолжать идти глубже, поведение может стать больше похоже на поведение подводной лодки в жидкости: постройте сосуд высокого давления с нейтральной плавучестью.

Следующее замечание.

Основная проблема с полетом в том, что приземлиться негде. «Самолет» должен будет поддерживать «полет» в течение неопределенного времени или снизиться до уровня, на котором он будет иметь нейтральную плавучесть.

Что-то в других ответах, похоже, еще не упоминалось: на Юпитере довольно дикие ветры. Красное пятно, которое вы видите на фотографиях, — это шторм размером с Землю. Итак, я чувствую, что важный вопрос здесь не в том, сможете ли вы спроектировать корабль, который может двигаться в атмосфере Юпитера, а в том, сможет ли он оставаться стабильным. Из этой статьи, которую я нашел, набрав в Google «Jupiter Winds»:

На Юпитере есть полосы ветров и струйных течений, которые пересекают поверхность планеты и вращаются с разной скоростью — иногда до 220 миль в час (100 метров в секунду). Многие думали, что эти потоки могут просто существовать снаружи планеты, как ветры на Земле. Но теперь исследователи считают, что струйные потоки на самом деле простираются глубоко внутри планеты.

Ссылка: https://www.theverge.com/2018/3/7/17085462/nasa-juno-spacecraft-jupiter-fluids-winds

В целом: я бы сказал, что полет с двигателем находится за пределами возможного на Юпитере. Как бы вы спроектировали самолет для Юпитера?

1) Дирижабль, использующий в качестве подъемной силы нагретый водород. Хотя вы можете управлять плавучестью, конечный результат будет непригоден для использования. Не уверен, как должны работать ваши летающие города, но даже использование анобтаниума для подъема все еще имеет проблему. Посадка на них может быть невозможна из-за высокой скорости ветра (обычно 350 км/ч).

Если городам позволено двигаться с воздушными потоками, у вас все равно будут проблемы с управлением полетом в промежуточном пространстве, чтобы не сбиться с курса. Из-за размера Юпитера полет на воздушном шаре будет очень медленным, чтобы охватить значительные доли окружности планеты.

2) Самолет. Вам нужно отношение массы подъемной силы к массе планера больше 2,5, чтобы держаться в воздухе и перевозить груз. Тяжелый самолет C-5 Galaxy имеет максимальную взлетную массу 769 000 фунтов и сухую массу 380 000 фунтов с соотношением 2,02 : 1 -- с, A 747-400 - 2,22:1, Airbus A310-300F - также 2,21:1

Таким образом, учитывая немного больше внимания к лучшим материалам и т. Д., Вероятно, что коэффициент подъемной силы более 2,5 возможен (хотя и немного дороже), а чистая грузоподъемность, вероятно, будет довольно плохой.

У вас все еще довольно маргинальный дизайн. Вы можете что-нибудь сделать? Да, помогайте самолету при взлете и посадке, как на авианосце. Это может быть дорого, но дешевле, чем строить небесные мосты.

Что насчет топлива? Для водородной атмосферы нужно носить с собой окислитель. Но у вас есть реальная проблема, вес действительно работает против вас. Сжигая углеводороды на земле, вы уносите лишь небольшую массовую долю конечных продуктов сгорания. И C02, и H2O в основном состоят из кислорода по весу, поэтому вы получаете большую часть массы из атмосферы. А на земле коэффициент подъемной силы 2,2 позволяет вам перевозить много топлива (возможно, 30 тонн или около того) и при этом перевозить разумное количество груза. На Юпитере и физика, и химия работают против вас.

Может быть, пора делать атомный аэроплан. Военно-воздушные силы США нуждались в некоторых из них еще до межконтинентальных баллистических ракет, чтобы они могли держать самолеты в полете неделями. Атомная станция, которая им нравилась, использовала реактор с расплавленной солью — не было защитной оболочки высокого давления, а другие преимущества делали это, по крайней мере, осуществимым. Боингу 747 требуется около 90 МВт на взлете и около 45 МВт на крейсерском — это мало по сравнению с коммерческой атомной электростанцией.

Так или иначе, GE построила небольшой (2,5 МВт) реактор на расплавленной соли для испытаний , и в целом он считался жизнеспособным. К сожалению, мне не удалось найти данных о массе этого экспериментального реактора. Они фактически летали вокруг реактора, хотя и не использовали его для управления самолетом.

Также для тех, кто держит пальцы скрещенными, Lockheed Martin заявляет, что к 2025 году будет доступен небольшой термоядерный реактор в прототипе мощностью 100 МВт . Единственное заявление о размере, которое я видел, упоминается в статье в том, что он поместится на грузовике.

Итак, я бы сказал, что полет на двигателе находится за пределами возможного на Юпитере. В частности, могут быть осуществимы более крупные проекты, поскольку атомная станция не обязательно имеет линейный масштаб. Учитывая большие размеры Юпитера, самолеты, безусловно, были бы очень желательны для сокращения времени транспортировки.

Наконец, некоторые вещи, которые были бы желательны для полета на Юпитер: скорость звука примерно в 3 раза больше, чем в обычной земной атмосфере (при той же температуре), потому что молекулы очень легкие, и вязкость. Вязкость водорода составляет менее половины вязкости воздуха, хотя вязкость гелия немного выше, чем у воздуха, общая смесь должна составлять чуть меньше половины вязкости воздуха. Таким образом, вы можете путешествовать намного быстрее при том же потреблении энергии.

Использование самолетов на Юпитере очень и очень маловероятно.

Согласно этому информационному бюллетеню от НАСА , атмосферное давление в 1 бар возникает при экваториальном радиусе около 71 км, но местная гравитация составляет около 2,5.$g$с. На этой высоте плотность атмосферы составляет около 0,13 земной, а местная температура составляет около -108 ° C.

Чтобы понизить местную силу тяжести до 1 g, необходимо подняться на высоту

Дело в том, что это происходит при атмосферном давлении 0,1 бар и температуре -161 °C.

Игнорируя температурные эффекты, это предполагает, что плотность атмосферы Юпитера при 0,1 бар будет примерно 0,013 плотности атмосферы Земли на уровне моря. В качестве сравнения,

показывает аналогичную плотность на высоте около 90 км для земной атмосферы.

Поскольку граница НАСА для космического пространства составляет 100 км, трудно понять, как может функционировать какой-либо летательный аппарат, будь он легче или тяжелее воздуха. Атмосфера слишком разрежена на высотах с разумной гравитацией.

Нет никаких причин, по которым корабль не может двигаться через жидкость, используя эту жидкость в качестве реактивной массы и используя гидродинамику, чтобы иметь формы, которым труднее или легче проходить через жидкость в различных ориентациях.

Это касается как плавания , так и полета , и внешний вид того, что работает для выбранного давления, гравитации и других свойств жидкости, может быть чем-то, что вы снова охарактеризовали бы как нечто другое.

Базовая форма планера будет иметь эффект скольжения. Добавьте достаточно мощности, и что угодно может летать, независимо от аэродинамики. Между ними находится практичный дизайн.

Для правдоподобных идей научной фантастики на корабле вам нужно быть более конкретным в отношении глубины (внешнее давление и состав) и диапазона рабочих сред. Предыдущий ответ предполагал почти вакуум. Я бы скорее представил себе высокую плотность вплоть до сверхкритического состояния.

вы могли бы летать на юпитере на специально сконструированном самолете, но он не был бы похож на тот, что летает на земле. Высота - это вопрос дизайна, плавает ли она на каком-то пределе плотности? или использовать принципы подъема? Пузырек с менее плотным газом будет плавать, но он должен быть достаточно прочным, чтобы его не раздавить. На самом деле это не вопрос «может», а скорее «какие параметры должны быть определены, чтобы самолет мог летать?»

Поскольку ваш вопрос задает это, я бы предложил:

• Более округлая или сферическая форма, возможно, как яйцо, чтобы лучше распределить силы на корпусе.

• Жесткие треугольные крылья, как у B2 Stealth, вместо торчащих птичьих крыльев, как у авиалайнера.

• Движущей силой, скорее всего, будут ракетные двигатели, чтобы получить силу, необходимую для движения в атмосферном бульоне.