Создан левитирующий летательный аппарат для исследования Марса

В закладки
Аудио

Space == By Chelsea Gohd, Apr 23 2020

https://www.space.com/mars-nanocardboard-flying-aircraft-helicopter.html

«Вертолет для Марса — очень увлекательный проект, но все же это сложная машина, — говорится в заявлении ведущего автора Школы инженерных и прикладных наук Университета Пенсильвании Игоря Баргатина. — Если что-то пойдет не так, эксперимент можно считать оконченным, поскольку его невозможно будет починить. Мы предлагаем совершенно другой подход, при котором не нужно «класть все яйца в одну корзину»

Устройства, созданные исследователями, не имеют движущихся частей (а именно они — самое уязвимое место любой техники). Конструкция представляет собой пластину, буквально собранную из полых трубочек. Материалом для них служит оксид алюминия, а толщина их стенок составляет всего лишь 50 нанометров.

Размер устройства может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. В первом случае масса конструкции будет всего 0,3 миллиграмма (примерно как у мухи-дрозофилы). То есть она в миллионы раз легче марсианского вертолёта (1,8 килограмма) и в миллиарды раз — ровера Perseverance, который его понесёт (1025 килограммов).

«Трубчатая» структура выполняет две функции. Во-первых, она делает устройство куда более прочным, чем сплошной лист той же массы и габаритов (что хорошо известно производителям гофрированного картона). А во-вторых, она служит двигателем для этого «ковра-самолёта».

Когда одна сторона конструкции нагревается солнечными лучами или другим источником тепла, заполняющий каналы атмосферный газ приходит в движение. Затекая с одной стороны, он вырывается с другой, действуя как реактивная струя. Всё дело в том, что температура стенки канала меняется на всём его протяжении. Этот эффект давно известен физикам, но его ещё не применяли для создания каких бы то ни было летательных аппаратов.

Дело в том, что при привычной нам силе тяжести и плотности воздуха опытные экземпляры таких устройств гордо парят на высоте… в полмиллиметра. Ничего удивительного, что авиаконструкторы игнорируют подобный подход к покорению небес.

Researchers tested the «nanocardboard» flyers in a «Mars-like» environment in a lab.  (Image credit: Bargatin Group, Penn Engineering)

Однако атмосферное давление на Марсе в 170 раз ниже, чем на Земле. В такой среде «марсолёты» могут не только подняться на приличную высоту, но и нести груз, превышающий их собственный вес в несколько раз.

Это уже показано в экспериментах. Правда, давление в испытательных камерах было ещё ниже, чем на марсианской поверхности (10-200 паскалей против 600 паскалей). Но следует учесть, что на Красной планете сила тяжести в 2,6 раза меньше, чем на зелёной.

Но что полезного могут сделать столь крошечный зонды? Учитывая непрекращающиеся успехи в миниатюризации электроники, не так уж мало. Разработчики надеются, что дроны понесут на себе датчики, определяющие состав атмосферы. Кроме того, они могли бы иметь клейкую поверхность и собирать на неё частицы грунта (при посадке или прямо из воздуха). Эти образцы затем можно было бы доставлять к роверу для анализа.

Researchers tested the «nanocardboard» flyers’ ability to carry small payloads.  (Image credit: Bargatin Group, Penn Engineering)

Разумеется, в последнем случае движением этих устройств придётся управлять. Теоретически это возможно с помощью лазера, установленного на марсоходе, который будет нагревать летательный аппарат с нужной интенсивностью и в нужных местах. Практически же здесь наверняка встретится немало сложностей. Управляемый полёт объекта, напоминающего осенний лист — дело непростое. Особенно на такой ветреной планете как Марс да ещё и в автоматическом режиме (ручное управление нет смысла даже предусматривать, ведь радиосигналу понадобилось бы несколько минут, чтобы добраться до земных антенн).

«Наши летательные аппараты могут, например, приземлиться и приклеить к себе частицы пыли или песка, а затем транспортировать их к роверу, увеличивая, таким образом, площадь исследований при том же пробеге», — рассказывает Баргатин.

Тем не менее исследователи полны оптимизма. Они мечтают о полётах не только на Марсе, но и на Плутоне, а также на спутнике Нептуна Тритоне. Это поистине наполеоновские планы, учитывая, что ни один космический аппарат ещё даже не выходил на орбиту вокруг Нептуна или Плутона.

Впрочем, технология может найти себе и более приземлённое (во всех смыслах) применение. Речь идёт об исследовании верхних слоёв атмосферы нашей планеты.

«Мезосфера Земли очень похожа на марсианскую атмосферу с точки зрения плотности, и в настоящее время у нас летательных аппаратов для ее изучения: она слишком низка для космических спутников и слишком высока для самолетов и воздушных шаров, — объяснил Баргатин. — В идеале хотелось бы иметь там несколько датчиков. Чем больше у вас информации о мезосфере, тем точнее, например, прогнозы погоды».

Explore Mars Using Nanocardboard Aircraft!

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

18
Войдите, чтобы видеть ещё 10 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Фёдор Дмитриевич
Вечность назад

Рій — Атласу 3: Взяв двох Спотів, 4 та 7, і дзигою метнувся набрав півкіла тих нанокарбонів Атлас 3 — Рою: Доля нинішніх володарів об'єкту? Рій — Атласу 3: Не вбивай. Все інше дозволене в межах штатних директив https://thealphacentauri.net/wp-content/uploads/2020/05/robotari.jpg

Сергей Королёв
Вечность назад

Спасибо за статью. Когда эту технологию доведут до практического полезного использования - на Марсе люди сами лопатами будут уже собирать грунт для анализа)) Слишком уж многое нужно сделать, чтобы довести все до ума именно на практике и заставить работать как надо. Но как идея, вполне интересна. Думаю эти разработки пересекутся с какими-либо другими, и получится полезная эффективная работающая технология.

Эллен Рипли
Вечность назад

> не имеют движущихся частей (а именно они — самое уязвимое место любой техники) Распространённое заблуждение... Например, в моих ноутбуках неоднократно сгорали какие-нибудь микросхемы, а вот вентиляторы ни разу из строя не выходили. В бесколлекторном двигателе с хорошими подшипниками из строя скорее выйдет контроллер его управления. А электрический вертолёт - это пара таких двигателей, на оси которых насажены винты.

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.