Helikoptre på Mars står overfor ekstreme atmosfæriske utfordringer, finner studien

NASA planlegger å sende de første helikoptrene til overflaten av Marte før slutten av 2028, men den røde planetens tynne atmosfære pålegger flyet alvorlige fysiske begrensninger. En ny studie publisert i tidsskriftet Nature avslører utfordringene som helikoptre vil møte i miljøer med drastisk redusert atmosfærisk tetthet.

Skyfall-oppdraget vil frakte tre små helikoptre ombord på Reator Espacial-1 Freedom for å utforske mulige menneskelige landingssteder på Mars-overflaten. Prosjektet representerer en milepæl i planetarisk utforskning, men levedyktigheten til disse maskinene avhenger av å forstå hvordan fremdrift fungerer under ekstremt forskjellige atmosfæriske forhold enn Terra.

Como helikopterfremdrift fungerer

Helicópteros er grunnleggende avhengig av et miljø for å bevege seg. De roterende bladene skyver luften rundt seg i motsatt retning, og skaper løft og fremdrift. Den typiske hastigheten som oppnås av luften rundt bladene når hundrevis av meter per sekund.

Bevaring av lineært momentum setter en kritisk grense: for at et helikopter skal bevege seg fremover med en hastighet på 100 meter per sekund, må det presse en luftmasse som kan sammenlignes med sin egen masse. Como lufttetthet ved havnivå er hundrevis av ganger lavere enn gjennomsnittstettheten til et helikopter, flyet må behandle et luftvolum som er minst hundre ganger større enn dets eget kroppsvolum.

Esse-prinsippet definerer om et fly kan fly eller ikke i hvilken som helst atmosfære. Tettere Atmosferas-er gjør fremdriften enklere fordi de tilbyr mer masse for bladene å behandle med hver rotasjon. Sjeldent Atmosferas krever økende gassvolumer for å produsere tilsvarende skyvekraft.

De spesifikke utfordringene til Marte

Marsatmosfæren, som består av 95 % karbondioksid, har en massetetthet som tilsvarer bare 1,6 % av jordens atmosfære ved havnivå. Et helikopter i Marte må behandle et volum av omgivende gass som er omtrent 60 ganger større enn i Terra for å oppnå sammenlignbar skyvekraft.

Hvis fugler hadde utviklet seg ved å puste CO2 i Mars-atmosfæren, ville de trenge vinger som er omtrent 8 ganger større enn deres landbaserte kolleger for å fly med samme hastighet. Den lavere Marcina-tyngdekraften, som tilsvarer 38 % av jordens tyngdekraft, vil gi en viss aerodynamisk fordel, noe som letter løft.

Apesar disse hindringene utviklet NASA teknologi spesifikk for Mars-operasjoner. Ingenuity-helikopteret, testet i Marte mellom 2021 og 2024, beviste at flyging er mulig selv under slike ugunstige værforhold. De neste helikoptrene på Skyfall-oppdraget vil inkludere forbedringer basert på disse testene.

Atmosferas enda mer ekstremt tillegg til Marte

Cinturão av Kuiper rommer gjenstander med radikalt svakere atmosfære. Objekt 2002 XV93, oppdaget med en diameter på omtrent 500 kilometer, har en atmosfære som er 10 millioner ganger mindre tett enn jordens atmosfære. Essas delikate atmosfære stammer sannsynligvis fra vulkanutbrudd eller kometnedslag.

Leia Tambem

Romantiske komedier og mysterier kommer på Netflix i juni med Office Passion og Oasis

Uruguay kunngjør troppliste for verdensmesterskapet i 2026 med seks brasilianske fotballspillere

Når starter verdensmesterskapet i 2026? Dato, klokkeslett, første kamp og åpningsseremoni

I en så sjeldne atmosfære ville et helikopter stå overfor den praktiske umuligheten av å behandle tilstrekkelig luftmasse for fremdrift. Mengden gass ville være utilstrekkelig, noe som gjør ethvert forsøk på flyging upraktisk med konvensjonell teknologi.

Conforme atmosfærisk tetthet reduseres, størrelsen på bladene må øke proporsjonalt. På et kritisk tidspunkt vil strukturer bli fysisk umulige å bygge og vedlikeholde under drift.

Den interstellare grensen

Interstellar plass representerer et virkelig fiendtlig miljø for helikoptre. Den gjennomsnittlige tettheten av interstellar gass er 10^21 ganger lavere enn den for jordens atmosfære. Et helikopter må krysse hele Via Lácteas skive før det finner nok gassmasse til å drive kroppen sin i 100 meter per sekund.

Tals reise vil ta mer tid enn Universos nåværende alder. Intergalaktiske Helicópteros er enda mer upraktiske, siden det intergalaktiske mediet har en tetthet en million ganger lavere enn det interstellare mediet. I gjennomsnitt inneholder Universo ett enkelt proton per kubikkmeter.

Foguetes som et levedyktig alternativ

Enquanto-helikoptre er avhengige av omgivelsene for fremdrift, raketter fungerer annerledes. Eles støter ut brent drivstoff gjennom eksosrør og er ikke avhengig av atmosfæren for å bevege seg. Et slikt forseldet interstellart rom gir en fordel ved at ingen rakett vil bli betydelig bremset av friksjon med mediet.

Foguetes interstellarer kan nå alle destinasjoner i kosmos uten relevant atmosfærisk motstand. Millimetertykke Membranas, som solseil, kan krysse hele Via Láctea uten å møte betydelig motstand under reisen.

NASAs Mars-helikoptre representerer derfor et spesielt tilfelle: de opererer levedyktig på Marte fordi den planeten beholder tilstrekkelig atmosfære. Além fra Marte, de fleste kosmiske miljøer gjør fremdrift av bladrotasjon umulig. Det teknologiske valget for dypt romutforskning forblir godt på linje med raketter og seil, ikke helikoptre.