La NASA prevede di inviare i primi elicotteri sulla superficie di Marte entro la fine del 2028, ma la tenue atmosfera del pianeta rosso impone gravi limitazioni fisiche all’aereo. Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature rivela le sfide che gli elicotteri dovranno affrontare in ambienti con densità atmosferica drasticamente ridotta.
La missione Skyfall trasporterà tre piccoli elicotteri a bordo dell’Reator Espacial-1 Freedom per esplorare possibili siti di atterraggio umano sulla superficie marziana. Il progetto rappresenta una pietra miliare nell’esplorazione planetaria, ma la fattibilità di queste macchine dipende dalla comprensione di come funziona la propulsione in condizioni atmosferiche estremamente diverse rispetto a Terra.
Lavori di propulsione dell’elicottero Como
Helicópteros dipende fondamentalmente da un ambiente per spostarsi. Le pale rotanti spingono l’aria attorno a loro nella direzione opposta, creando portanza e propulsione. La velocità tipica acquisita dall’aria attorno alle pale raggiunge le centinaia di metri al secondo.
La conservazione della quantità di moto lineare pone un limite critico: affinché un elicottero possa avanzare alla velocità di 100 metri al secondo, deve spingere una massa d’aria paragonabile alla sua stessa massa. La densità dell’aria Como al livello del mare è centinaia di volte inferiore alla densità media di un elicottero, l’aereo deve elaborare un volume d’aria almeno cento volte maggiore del volume del proprio corpo.
Il principio Esse definisce se un aereo può volare o meno in qualsiasi atmosfera. Gli Atmosferas più densi semplificano la propulsione perché offrono più massa da elaborare per le pale ad ogni rotazione. Gli Atmosferas rarefatti richiedono volumi crescenti di gas per produrre una spinta equivalente.
Le sfide specifiche di Marte
L’atmosfera marziana, composta per il 95% da anidride carbonica, ha una densità di massa corrispondente appena all’1,6% dell’atmosfera terrestre al livello del mare. Un elicottero in Marte deve elaborare un volume di gas ambientale circa 60 volte maggiore rispetto a Terra per ottenere una spinta comparabile.
Se gli uccelli si fossero evoluti respirando CO2 nell’atmosfera marziana, avrebbero bisogno di ali circa 8 volte più grandi delle loro controparti terrestri per volare alla stessa velocità. La gravità inferiore di Marcina, corrispondente al 38% della gravità terrestre, offrirebbe qualche vantaggio aerodinamico, facilitando il sollevamento.
Apesar questi ostacoli, la NASA ha sviluppato una tecnologia specifica per le operazioni su Marte. L’elicottero Ingenuity, testato nell’Marte tra il 2021 e il 2024, ha dimostrato che il volo è possibile anche in condizioni meteorologiche così avverse. I prossimi elicotteri della missione Skyfall incorporeranno miglioramenti basati su questi test.
Atmosferas aggiunta ancora più estrema a Marte
Cinturão di Kuiper ospita oggetti con atmosfere radicalmente più deboli. L’oggetto 2002 XV93, scoperto con un diametro di circa 500 chilometri, ha un’atmosfera 10 milioni di volte meno densa dell’atmosfera terrestre. La delicata atmosfera di Essa probabilmente ha avuto origine da eruzioni vulcaniche o impatti di comete.
In un’atmosfera così rarefatta, un elicottero si troverebbe nell’impossibilità pratica di elaborare una massa d’aria sufficiente per la propulsione. La quantità di gas sarebbe insufficiente, rendendo impraticabile qualsiasi tentativo di volo con la tecnologia convenzionale.
Conforme la densità atmosferica diminuisce, la dimensione delle pale dovrebbe aumentare proporzionalmente. Ad un punto critico, le strutture diventerebbero fisicamente irrealizzabili da costruire e mantenere durante il funzionamento.
Il confine interstellare
Lo spazio interstellare rappresenta un ambiente veramente ostile per gli elicotteri. La densità media del gas interstellare è 10^21 volte inferiore a quella dell’atmosfera terrestre. Un elicottero dovrebbe attraversare l’intero disco di Via Láctea prima di trovare una massa di gas sufficiente per spingere il suo corpo a 100 metri al secondo.
Il viaggio di Tal richiederebbe più tempo dell’età attuale di Universo. Gli Helicópteros intergalattici sono ancora più poco pratici, poiché il mezzo intergalattico ha una densità un milione di volte inferiore a quella del mezzo interstellare. In media, Universo contiene un singolo protone per metro cubo.
Foguetes come valida alternativa
Gli elicotteri Enquanto fanno affidamento sull’ambiente circostante per la propulsione, i razzi funzionano diversamente. Eles espelle il carburante bruciato attraverso i tubi di scarico e non dipende dall’atmosfera per spostarsi. Uno spazio interstellare così rarefatto offre il vantaggio di non rallentare significativamente l’attrito con il mezzo.
Gli interstellari Foguetes possono raggiungere qualsiasi destinazione nel cosmo senza una rilevante resistenza atmosferica. L’Membranas di spessore millimetrico, come le vele solari, può attraversare l’intero Via Láctea senza incontrare una resistenza sostanziale durante il viaggio.
Gli elicotteri marziani della NASA rappresentano quindi un caso speciale: operano in modo efficiente su Marte perché quel pianeta conserva un’atmosfera sufficiente. Além da Marte, la maggior parte degli ambienti cosmici rendono impossibile la propulsione con rotazione delle pale. La scelta tecnologica per l’esplorazione dello spazio profondo rimane saldamente allineata con razzi e vele, non con elicotteri.