Η NASA σχεδιάζει να στείλει τα πρώτα ελικόπτερα στην επιφάνεια του Marte πριν από το τέλος του 2028, αλλά η αδύναμη ατμόσφαιρα του κόκκινου πλανήτη επιβάλλει σοβαρούς φυσικούς περιορισμούς στο αεροσκάφος. Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature αποκαλύπτει τις προκλήσεις που θα αντιμετωπίσουν τα ελικόπτερα σε περιβάλλοντα με δραστικά μειωμένη ατμοσφαιρική πυκνότητα.
Η αποστολή Skyfall θα μεταφέρει τρία μικρά ελικόπτερα στο Reator Espacial-1 Freedom για να εξερευνήσει πιθανές τοποθεσίες προσγείωσης ανθρώπων στην επιφάνεια του Άρη. Το έργο αντιπροσωπεύει ένα ορόσημο στην πλανητική εξερεύνηση, αλλά η βιωσιμότητα αυτών των μηχανών εξαρτάται από την κατανόηση του πώς λειτουργεί η πρόωση σε εξαιρετικά διαφορετικές ατμοσφαιρικές συνθήκες από το Terra.
Λειτουργεί πρόωση ελικοπτέρου Como
Το Helicópteros εξαρτώνται θεμελιωδώς από ένα περιβάλλον για να κινηθεί. Οι περιστρεφόμενες λεπίδες σπρώχνουν τον αέρα γύρω τους προς την αντίθετη κατεύθυνση, δημιουργώντας ανύψωση και πρόωση. Η τυπική ταχύτητα που αποκτά ο αέρας γύρω από τις λεπίδες φτάνει τα εκατοντάδες μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Η διατήρηση της γραμμικής ορμής θέτει ένα κρίσιμο όριο: για να κινηθεί ένα ελικόπτερο προς τα εμπρός με ταχύτητα 100 μέτρων το δευτερόλεπτο, πρέπει να σπρώξει μια μάζα αέρα συγκρίσιμη με τη δική του μάζα. Η πυκνότητα αέρα Como στο επίπεδο της θάλασσας είναι εκατοντάδες φορές χαμηλότερη από τη μέση πυκνότητα ενός ελικοπτέρου, το αεροσκάφος χρειάζεται να επεξεργαστεί όγκο αέρα τουλάχιστον εκατό φορές μεγαλύτερο από τον όγκο του δικού του σώματος.
Η αρχή Esse ορίζει εάν ένα αεροσκάφος μπορεί να πετάξει ή όχι σε οποιαδήποτε ατμόσφαιρα. Τα πυκνότερα Atmosferas διευκολύνουν την πρόωση επειδή προσφέρουν περισσότερη μάζα για την επεξεργασία των λεπίδων με κάθε περιστροφή. Τα σπάνια Atmosferas απαιτούν αυξανόμενους όγκους αερίου για την παραγωγή ισοδύναμης ώθησης.
Οι συγκεκριμένες προκλήσεις του Marte
Η ατμόσφαιρα του Άρη, που αποτελείται από 95% διοξείδιο του άνθρακα, έχει πυκνότητα μάζας που αντιστοιχεί μόλις στο 1,6% της ατμόσφαιρας της Γης στο επίπεδο της θάλασσας. Ένα ελικόπτερο στο Marte χρειάζεται να επεξεργαστεί όγκο ατμοσφαιρικού αερίου περίπου 60 φορές μεγαλύτερο από ό,τι στο Terra για να αποκτήσει συγκρίσιμη ώθηση.
Εάν τα πουλιά είχαν εξελιχθεί αναπνέοντας CO2 στην ατμόσφαιρα του Άρη, θα χρειάζονταν φτερά περίπου 8 φορές μεγαλύτερα από τα επίγεια αντίστοιχά τους για να πετάξουν με την ίδια ταχύτητα. Η χαμηλότερη βαρύτητα Marcina, που αντιστοιχεί στο 38% της βαρύτητας της Γης, θα πρόσφερε κάποιο αεροδυναμικό πλεονέκτημα, διευκολύνοντας την ανύψωση.
Apesar αυτά τα εμπόδια, η NASA ανέπτυξε τεχνολογία ειδικά για τις λειτουργίες του Άρη. Το ελικόπτερο Ingenuity, που δοκιμάστηκε σε Marte μεταξύ 2021 και 2024, απέδειξε ότι η πτήση είναι δυνατή ακόμη και σε τέτοιες αντίξοες καιρικές συνθήκες. Τα επόμενα ελικόπτερα στην αποστολή Skyfall θα ενσωματώσουν βελτιώσεις με βάση αυτές τις δοκιμές.
Atmosferas ακόμα πιο ακραία προσθήκη στο Marte
Το Cinturão του Kuiper φιλοξενεί αντικείμενα με ριζικά πιο αμυδρή ατμόσφαιρα. Το αντικείμενο 2002 XV93, που ανακαλύφθηκε με διάμετρο περίπου 500 χιλιομέτρων, έχει ατμόσφαιρα 10 εκατομμύρια φορές λιγότερο πυκνή από την ατμόσφαιρα της Γης. Η ευαίσθητη ατμόσφαιρα του Essa πιθανότατα προήλθε από ηφαιστειακές εκρήξεις ή κρούσεις κομητών.
Σε μια τόσο σπάνια ατμόσφαιρα, ένα ελικόπτερο θα αντιμετώπιζε την πρακτική αδυναμία επεξεργασίας επαρκούς μάζας αέρα για πρόωση. Η ποσότητα του αερίου θα ήταν ανεπαρκής, καθιστώντας κάθε προσπάθεια πτήσης μη πρακτική με τη συμβατική τεχνολογία.
Η ατμοσφαιρική πυκνότητα Conforme μειώνεται, το μέγεθος των λεπίδων θα πρέπει να αυξηθεί αναλογικά. Σε ένα κρίσιμο σημείο, οι κατασκευές θα ήταν φυσικά αδύνατες να κατασκευαστούν και να διατηρηθούν κατά τη λειτουργία.
Το διαστρικό όριο
Ο διαστρικός χώρος αντιπροσωπεύει ένα πραγματικά εχθρικό περιβάλλον για τα ελικόπτερα. Η μέση πυκνότητα του διαστρικού αερίου είναι 10^21 φορές μικρότερη από αυτή της ατμόσφαιρας της Γης. Ένα ελικόπτερο θα πρέπει να διασχίσει ολόκληρο τον δίσκο του Via Láctea πριν βρει αρκετή μάζα αερίου για να προωθήσει το σώμα του με ταχύτητα 100 μέτρων το δευτερόλεπτο.
Το ταξίδι του Tal θα καταναλώσει περισσότερο χρόνο από την τρέχουσα ηλικία του Universo. Το διαγαλαξιακό Helicópteros είναι ακόμη πιο μη πρακτικό, καθώς το διαγαλαξιακό μέσο έχει πυκνότητα ένα εκατομμύριο φορές μικρότερη από το διαστρικό μέσο. Κατά μέσο όρο, το Universo περιέχει ένα μόνο πρωτόνιο ανά κυβικό μέτρο.
Foguetes ως βιώσιμη εναλλακτική λύση
Τα ελικόπτερα Enquanto βασίζονται στο περιβάλλον για την πρόωση, οι πύραυλοι λειτουργούν διαφορετικά. Το Eles εκτοξεύει το καμένο καύσιμο μέσω των σωλήνων εξάτμισης και δεν εξαρτάται από την ατμόσφαιρα για να κινηθεί. Ένας τέτοιος σπάνιος διαστρικός χώρος προσφέρει ένα πλεονέκτημα στο ότι κανένας πύραυλος δεν θα επιβραδυνθεί σημαντικά από την τριβή με το μέσο.
Τα διαστρικά Foguetes μπορούν να φτάσουν σε οποιοδήποτε προορισμό στο σύμπαν χωρίς σχετική ατμοσφαιρική αντίσταση. Το Membranas πάχους χιλιοστού, όπως τα ηλιακά πανιά, μπορεί να διασχίσει ολόκληρο το Via Láctea χωρίς να συναντήσει σημαντική αντίσταση κατά τη διάρκεια του ταξιδιού.
Επομένως, τα αρειανά ελικόπτερα της NASA αντιπροσωπεύουν μια ειδική περίπτωση: λειτουργούν βιώσιμα στο Marte επειδή αυτός ο πλανήτης διατηρεί επαρκή ατμόσφαιρα. Além από το Marte, τα περισσότερα κοσμικά περιβάλλοντα καθιστούν αδύνατη την προώθηση της περιστροφής της λεπίδας. Η τεχνολογική επιλογή για την εξερεύνηση του διαστήματος παραμένει σταθερά ευθυγραμμισμένη με πυραύλους και πανιά, όχι με ελικόπτερα.