NASA merancang untuk menghantar helikopter pertama ke permukaan Marte sebelum penghujung tahun 2028, tetapi atmosfera planet merah yang lemah mengenakan had fizikal yang teruk pada pesawat. Satu kajian baharu yang diterbitkan dalam jurnal Nature mendedahkan cabaran yang akan dihadapi oleh helikopter dalam persekitaran dengan ketumpatan atmosfera yang berkurangan secara drastik.
Misi Skyfall akan membawa tiga helikopter kecil di atas Reator Espacial-1 Freedom untuk meneroka kemungkinan tapak pendaratan manusia di permukaan Marikh. Projek ini mewakili satu kejayaan dalam penerokaan planet, tetapi daya maju mesin ini bergantung pada pemahaman cara pendorongan berfungsi dalam keadaan atmosfera yang sangat berbeza daripada Terra.
Pendorongan helikopter Como berfungsi
Helicópteros pada asasnya bergantung pada persekitaran untuk bergerak. Bilah yang berputar menolak udara di sekelilingnya ke arah yang bertentangan, menghasilkan daya angkat dan pendorong. Kelajuan biasa yang diperoleh oleh udara di sekeliling bilah mencapai ratusan meter sesaat.
Pemuliharaan momentum linear menetapkan had kritikal: untuk sebuah helikopter bergerak ke hadapan pada kelajuan 100 meter sesaat, ia mesti menolak jisim udara yang setanding dengan jisimnya sendiri. Ketumpatan udara Como di aras laut adalah ratusan kali lebih rendah daripada ketumpatan purata helikopter, pesawat itu perlu memproses isipadu udara sekurang-kurangnya seratus kali lebih besar daripada isipadu badannya sendiri.
Prinsip Esse mentakrifkan sama ada pesawat boleh terbang atau tidak dalam sebarang suasana. Atmosferas yang lebih padat menjadikan pendorongan lebih mudah kerana ia menawarkan lebih jisim untuk bilah untuk diproses dengan setiap putaran. Atmosferas Rarefied memerlukan peningkatan isipadu gas untuk menghasilkan tujahan yang setara.
Cabaran khusus Marte
Atmosfera Marikh, terdiri daripada 95% karbon dioksida, mempunyai ketumpatan jisim sepadan dengan hanya 1.6% daripada atmosfera Bumi di paras laut. Sebuah helikopter dalam Marte perlu memproses isipadu gas ambien kira-kira 60 kali lebih besar daripada dalam Terra untuk mendapatkan tujahan yang setanding.
Jika burung telah berevolusi dengan menghirup CO2 di atmosfera Marikh, mereka memerlukan sayap kira-kira 8 kali lebih besar daripada rakan darat mereka untuk terbang pada kelajuan yang sama. Graviti Marcina yang lebih rendah, bersamaan dengan 38% graviti Bumi, akan menawarkan beberapa kelebihan aerodinamik, memudahkan daya angkat.
Apesar halangan ini, NASA membangunkan teknologi khusus untuk operasi Marikh. Helikopter Ingenuity, diuji dalam Marte antara 2021 dan 2024, membuktikan bahawa penerbangan boleh dilakukan walaupun dalam keadaan cuaca buruk seperti itu. Helikopter seterusnya dalam misi Skyfall akan menggabungkan penambahbaikan berdasarkan ujian ini.
Atmosferas tambahan yang lebih melampau kepada Marte
Cinturão daripada Kuiper menempatkan objek dengan suasana yang sangat redup. Objek 2002 XV93, ditemui dengan diameter kira-kira 500 kilometer, mempunyai atmosfera 10 juta kali kurang tumpat daripada atmosfera Bumi. Suasana halus Essa mungkin berpunca daripada letusan gunung berapi atau kesan komet.
Dalam suasana yang jarang berlaku, sebuah helikopter akan menghadapi kemustahilan praktikal untuk memproses jisim udara yang mencukupi untuk pendorongan. Jumlah gas akan menjadi tidak mencukupi, menjadikan sebarang percubaan penerbangan tidak praktikal dengan teknologi konvensional.
Ketumpatan atmosfera Conforme berkurangan, saiz bilah perlu meningkat secara berkadar. Pada titik kritikal, struktur akan menjadi tidak boleh dilaksanakan secara fizikal untuk dibina dan diselenggara semasa operasi.
Sempadan antara bintang
Ruang antara bintang mewakili persekitaran yang benar-benar bermusuhan untuk helikopter. Ketumpatan purata gas antara bintang adalah 10^21 kali lebih rendah daripada atmosfera Bumi. Sebuah helikopter perlu merentasi keseluruhan cakera Via Láctea sebelum mencari jisim gas yang mencukupi untuk menggerakkan badannya pada 100 meter sesaat.
Perjalanan Tal akan mengambil lebih banyak masa daripada usia semasa Universo. Intergalactic Helicópteros adalah lebih tidak praktikal, kerana medium intergalactic mempunyai ketumpatan satu juta kali lebih rendah daripada medium interstellar. Secara purata, Universo mengandungi satu proton per meter padu.
Foguetes sebagai alternatif yang berdaya maju
Helikopter Enquanto bergantung pada persekitaran sekitar untuk pendorongan, roket berfungsi secara berbeza. Eles mengeluarkan bahan api yang terbakar melalui paip ekzos dan tidak bergantung pada atmosfera untuk bergerak. Ruang antara bintang yang jarang ditemui menawarkan kelebihan kerana tiada roket akan diperlahankan dengan ketara oleh geseran dengan medium.
Antara bintang Foguetes boleh mencapai mana-mana destinasi di kosmos tanpa rintangan atmosfera yang berkaitan. Membranas setebal milimeter, seperti layar solar, boleh merentasi keseluruhan Via Láctea tanpa menghadapi rintangan yang besar semasa perjalanan.
Oleh itu, helikopter Marikh NASA mewakili satu kes istimewa: mereka beroperasi dengan baik pada Marte kerana planet itu mengekalkan suasana yang mencukupi. Além daripada Marte, kebanyakan persekitaran kosmik menjadikan pendorong putaran bilah mustahil. Pilihan teknologi untuk penerokaan ruang dalam kekal sejajar dengan roket dan layar, bukan helikopter.