- Наука и космос
После статьи о полетах Ingenuity (здесь про полет марсианского вертолета) первые комментарии были очень положительными. В основном. Лишь немного сомнений и критики. В целом нейтрально приняли вторую статью про встречу вертолета с "внеземным дьяволом".
Однако статья про китайский марсоход, затем статья про цвет марсианского неба (здесь) начала поднимать волну возмущения. От идей, что "никто никуда не летает, все подстроено" до "небо там не такое"!
Ну, и, конечно, под этим соусом делились убеждением, что Ingenuity (марсианский вертолет) никак не способен летать. Ибо атмосферы нет, говорят. И небо черное там, говорят. А в черном небе стратосферы земной вертолеты, мол, не летают.
Последнее утверждение, кстати, правда.
По поводу неба рискнул возразить и дописал немного про марсианскую пыль, висящую в атмосфере (здесь). Но комментарии про "вертолетик" продолжали поступать в негативном ключе. Так что простите за долгое вступление, но давайте разбираться с вертолетно-космической критикой.
Поехали!
- Аргумент 1. Атмосфера слишком разреженная, никакой скорости винтов не хватит для полета.
Итак, берем из обычной Википедии, которую уже давно и весьма качественно модерируют специалисты, формулу для подъемной силы крыла. Примерно по такой же схеме, конечно, с нюансами, рассчитывается и подъемная сила вращающегося винта.
Здесь мы видим, что подъемная сила зависит от скорости крыла (или лопасти) в квадрате, тогда как от плотности - только в первой степени (линейно).
Если что, формула для несущего винта вертолета имеет похожий вид:
Из школьного курса физики вы помните, что произведение "омеги" на радиус - это скорость конечной точки лопасти. Коэффициент здесь другой и площадь считается по-другому, и скорости у всех точек лопасти разные, но структура расчета похожая. И, самое главное, тяга зависит от частоты вращения также в квадрате!
Что же все это значит?
Это значит, что, если плотность атмосферы уменьшилась в 4 раза, чтобы компенсировать это и сохранить подъемную силу, нужно увеличить частоту вращения лопастей лишь в 2 раза. Если плотность уменьшается в 9 раз, скорость нужно увеличить лишь в 3 раза!
На Марсе плотность воздуха в 60 раз меньше, чем на Земле (у поверхности). Поэтому увеличить частоту с учетом плотности нужно лишь в 7,7 раза. Не в десятки и не в сотни раз, заметьте. А теперь давайте примем во внимание то, что сила тяжести на Марсе в 2,64 раза ниже, чем на Земле. В этих условиях, чтобы поднять тот же груз в разреженной атмосфере нужно повысить частоту вращения даже не в 7,7 раз, а всего лишь в 3 раза!
Земные вертолеты имеют довольно низкую частоту вращения всего в 2-3 оборота в секунду. Безо всяких космических технологий. Так что при желании можно и увеличить. При этом, заметьте, винт вертолета имеет размер, существенно больший, чем габаритный размер его корпуса. Частоты вращения винтов мультикоптеров порядка 100 оборотов в секунду. Этим они компенсируют свой малый диаметр винтов. Винты мильтикоптеров меньша габаритного размера аппарата, если сравнивать их с вертолетами. И здесь скорость вращения также можно увеличивать.
Итак, существенных проблем для полета вертолета на Марсе нет. Просто можно увеличивать частоту вращения, либо увеличивать диаметр винта, либо уменьшать массу, либо все сразу.
Если вы посмотрите на Ingenuity, то увидите, что с точки зрения соотношения размеров винта и корпуса аппарата он больше похож на вертолет, чем на мультикоптер. Его масса - всего 1,8 кг. А размах лопастей - 1.2 метра! Поэтому (грубо все упрощая) ему не требуется такая же высокая частота вращения винта, как у мультикоптеров. Но она и существенно больше, чем у вертолетов, и составляет 40-45 об/секунду. Так что все нормально, летает по науке! :)
- Аргумент 2. Пока сигналы управления долетят до Марса, вертолет уже разобъется.
Ну, этот аргумент совсем слабый. Через непосредственное управление с Земли работали только первые луноходы. Там задержка в 2 с небольшим секунды (столько времени летит радиосигнал от лунохода к оператору на Земле, и затем обратно) не была критической. Но все равно, чтобы перестраховаться, скорость лунохода была очень низкой. Иначе за 2 секунды можно не углядеть и в яму упасть.
А марсианские роверы, как и вертолет, не управляются с Земли в режиме реального времени.
На самом деле аппарат сначала программируется на определенное количество операций. А затем ему просто отдают команду "старт", и он начинает совершенно автономно эти операции выполнять. Привет из эпохи искуственного интеллекта! То есть и марсоходы, и вертолет Ingenuity, это достаточно самостоятельные роботы. И уже умеют довольно гибко реагировать на все, что происходит с ними. Поэтому-то, встретившись на Марсе с "дьяволом" во время шестого полета, "вертолетик", хотя и был сбит с толку, и прошел через хорошую болтанку, все же, сумел выполнить программу и безопасно сесть.
Аргумент 3. "Тогда что, по-вашему, и на Луне вертолеты будут летать? Ведь атмосфера там тоже просто более разреженная, чем на Земле"
В отличие от Марса, атмосфера Луны, если можно ее так назвать, в 10 триллионов раз более разреженная, чем на Земле, и в 170 миллиардов раз менее плотная, чем на Марсе. Тут уже никакой адекватной скорости вращения не хватит. Можете сами посчитать. :)
Аргумент 4. "Но ведь в стратосфере на высоте 35 км вертолеты не летают!"
Хороший вопрос, кстати!
Дело в том, что такой задачи никто никогда не ставил. Просто за ненадобностью. Плюс ко всему полет вертолета, в отличие от полета самолета, более энергозатратный даже у земли.
Если вспомнить формулы, которые мы приводили выше, для полета вертолета в стратосфере, нам придется увеличивать частоту вращения винтов в 7,7 раз. Если это транспортная машина, перевозящая тяжелые грузы, то это решаемая, но непростая задача. Если же это "разведчик-исследователь", как Ingenuity, то это сделать можно, поскольку аппарат легкий. Но пока в военной и научной сфере, решающей исследовательские задачи, хватает самолетов, которые при этом эффективнее по энергопотреблению. Плюс на эти цели работают стратосферные зонды, которые еще проще. Так зачем делать вертолет?
Вот, пожалуй, и все самое главное, что касается ответов на претензии к Ingenuity. :)
- Напишите, пожалуйста, на все ли вопросы удалось ответить?
- Какие замечаете неточности, что важно дополнить или исправить?
Делитесь мыслями в комментариях.
Марсианскому вертолету желаем дальнейших успехов. И до встречи в новых заметках и статьях!
