大氣壓只有不到地球的1％，那無人機(jī)在火星是如何飛起來的？
時(shí)間: 2021-06-15 15:10:38
你能想象嗎？無人機(jī)出現(xiàn)在火星的上空了！要知道，火星的起飛條件十分苛刻，讓無人機(jī)在火星飛起來并不是一件容易的事，那么火星無人機(jī)到底是怎么順利升空的呢？因?yàn)榛鹦鞘桥c地球最近的一顆類地行星，結(jié)構(gòu)和地球非常相似，所以人類一直都在對火星進(jìn)行探索。即使火星和地球有很多相似之處，但還是有很多地方與地球大相徑庭，因此在火星上的探究也絕非易事，就單單以大氣壓而言，僅僅只是地球的0.6%，如此低的大氣壓會不會影響火星上的飛行物呢？我們的火星無人機(jī)能不能在火星飛起來呢？此外，火星的大氣層與我們地球的大氣層相比要稀薄得多，僅是地球的1%，那造成的原因是什么呢？首先是火星的質(zhì)量，它的質(zhì)量僅是地球的11%，較小的質(zhì)量直接導(dǎo)致火星的引力不足，不足與提供對大氣層中分子的束縛力，從而分子可以向外太空逃逸，導(dǎo)致大氣層稀薄。接著是大氣層自身的組成，其成份主要是二氧化碳，進(jìn)而導(dǎo)致了火星表面的大氣壓只有600帕，這是什么概念呢？地球的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓就有101.3千帕了，火星的大氣壓僅僅只是地球大氣壓的0.6%。間接導(dǎo)致了火星的大氣層高度達(dá)11.1公里，比地球高出于2.6公里。且當(dāng)隨著高度的上升，壓力會隨之下降，這說明了火星上空的壓力會比地球的更加低。除此之外，還因?yàn)榇艌隽θ酰鹦撬幵谔栵L(fēng)環(huán)境中，正好太陽風(fēng)里含有大量的高能帶電粒子，要是火星的磁場力足夠強(qiáng)，則只些帶電粒子只會在沿著磁場的軌道到達(dá)極地，但是火星的磁場力不足與把這些帶電粒子束縛在應(yīng)該的軌道里，所以這些高能帶電粒子就會雜亂無章地轉(zhuǎn)移，并有很大的可能與大氣層里的帶電粒子進(jìn)行碰撞，從而使這些帶電粒子獲得可以逃離火星束縛的動能，進(jìn)而逃逸到外太空，這樣大氣層就更加稀薄了總而言之，壓力極低，質(zhì)量過小、磁場力弱導(dǎo)致了大氣層稀薄，那么為什么大氣層稀薄會導(dǎo)致火星上的無人機(jī)難以飛起來呢？因?yàn)閴毫Φ涂諝庀”。瑳]有足夠的氣體流形成壓力差，螺旋槳煽動的氣流不夠大，產(chǎn)生的空氣浮力不夠，不能提供足夠的上升力，所以無人機(jī)難以在火星上起飛。火星的起飛條件雖然是不夠理想的，但我們還是可以做到讓無人機(jī)起飛。在今年的2月美國“毅力”號火星車登錄后，其搭載的無人機(jī)“機(jī)智號”在4月19日也成功實(shí)現(xiàn)了首飛。在升空過程，“機(jī)智號”在短短的12秒內(nèi)將螺旋槳的轉(zhuǎn)速提升到2400轉(zhuǎn)/秒，是普通無人機(jī)的5倍。升空后，“機(jī)智”號的飛行高度達(dá)到了3米，在空的停留時(shí)間達(dá)到了30秒，雖然并沒有在水平方向有所移動，不過能順利升空已經(jīng)是人類開始征服火星上空的第一步了。“機(jī)智”號的順利升空，得益于它的設(shè)計(jì)，首先就“機(jī)智”號的外形分析，據(jù)報(bào)道稱，“機(jī)智”號的主體僅有一個(gè)紙巾盒的大小，重量僅為1.8千克。為了可以提供足夠的上升力，在構(gòu)型上不能采用傳統(tǒng)的多軸構(gòu)型，只能采用共軸反漿直升機(jī)構(gòu)型，它的旋翼是采用最先進(jìn)的技術(shù)制造的，這個(gè)旋翼包含有2個(gè)轉(zhuǎn)子、4個(gè)葉片，每個(gè)葉片長1.2米，每個(gè)葉片均采用碳纖維材料制造，薄如蟬翼，輕如鴻毛，同時(shí)在葉片的數(shù)量上進(jìn)行改善，因?yàn)檫^多的葉片不利于轉(zhuǎn)速的提升；所以葉片的數(shù)量就縮減到了4片，這樣的設(shè)計(jì)不僅減少了“機(jī)智”號的重量，還能讓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速得到提升，最終能讓起飛可以順利地進(jìn)行。除了從構(gòu)造方面進(jìn)行改造，還從轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速方面進(jìn)行提升，只要把轉(zhuǎn)速提升到足夠快，其所帶動的氣流量就可以提供讓無人機(jī)順利起飛的上升力。對此，不僅要求轉(zhuǎn)速達(dá)到足夠快，還要要求轉(zhuǎn)速需要在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到需要的轉(zhuǎn)速。因?yàn)樵谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)讓轉(zhuǎn)速達(dá)到最高，這是可以節(jié)省部分“機(jī)智”號起飛需要的能耗。因?yàn)椤皺C(jī)智”號采用的電池是鋰電池，電容量和我們?nèi)粘Ｉ畹某潆妼毑畈欢啵看物w行90秒，就所需一個(gè)火星日，即24.62小時(shí)進(jìn)行充電，所以節(jié)省能耗極為重要。在無人機(jī)飛行的時(shí)間段也有要求，需要在中午11點(diǎn)左右的時(shí)候進(jìn)行起飛，因?yàn)榛鹦巧系臏囟忍貏e低，夜間溫度低至零下83℃左右，日間溫度最低也到零下22℃。這個(gè)溫度對鋰電池特別不友好，所以“機(jī)智”號在中午11點(diǎn)左右完成飛行任務(wù)之后，馬上進(jìn)行充電，不然極低的溫度會損傷電池，甚至毀壞電池。火星上的磁場不僅弱，還雜亂無章，也不像在地球上擁有GPS定位系統(tǒng)，所以“機(jī)智”號不能提供磁羅盤了定位，只能依靠自身攜帶的流光攝像機(jī)，通過攝像中的參照物進(jìn)行定位。無人機(jī)在火星上飛行并不是只有不利的條件的，因?yàn)榛鹦堑囊苄。挥械厍虻娜种唬詿o人機(jī)并不需要消耗太多的動力來克服火星的引力作用。值得一提的是，“機(jī)智”號自帶的相機(jī)可以在一秒鐘中內(nèi)完成30次拍攝。短時(shí)間內(nèi)的大量拍攝可以讓飛行時(shí)間較短的“機(jī)智”號獲取更多的照片資料，這有利于對火星的研究。人類對太空的探求一直都在前進(jìn)著，而這次的無人機(jī)在火星的首飛成功只是探索火星的一個(gè)開始，“機(jī)智”號研發(fā)小組一直都認(rèn)為自己是探索火星的“萊特兄弟”，首飛只是一個(gè)開端，接下來的“機(jī)智”號將繼續(xù)執(zhí)行4次左右的飛行任務(wù)。飛行的目標(biāo)是飛行高度達(dá)到5米，平行引動的實(shí)驗(yàn)距離可以達(dá)到50米。如果“機(jī)智”號可以成功達(dá)到這些目標(biāo)，那么“機(jī)智”號將就此開啟它的“火星探險(xiǎn)之旅”。企業(yè)簡介吉林龍航無人機(jī)科技服務(wù)有限公司，成立于2016年2月，公司是一家以無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)、民用無人機(jī)駕駛員培訓(xùn)、無人機(jī)行業(yè)應(yīng)用服務(wù)、青少年航空科普教育為主營業(yè)務(wù)的《國家級高新技術(shù)企業(yè)》，現(xiàn)在長春和沈陽擁有超過100萬平米專用無人機(jī)飛行空域、2000平米無人機(jī)實(shí)訓(xùn)教室、獨(dú)立的無人機(jī)運(yùn)營中心和無人機(jī)技術(shù)服務(wù)中心，超過100架的各類型無人機(jī)，可滿足各行業(yè)的無人機(jī)培訓(xùn)及應(yīng)用需求。公司始終秉持“專注務(wù)實(shí)、拼搏進(jìn)取、誠信共贏”的經(jīng)營理念，一直致力于為各行業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的無人機(jī)技術(shù)人才及提供優(yōu)質(zhì)的無人機(jī)解決方案，現(xiàn)累計(jì)培訓(xùn)人數(shù)超過2000人，服務(wù)行業(yè)涉及公安、應(yīng)急、消防、交通、電力、水利、氣象、環(huán)保等領(lǐng)域，現(xiàn)合作單位包括：吉林省公安廳、吉林省消防救援總隊(duì)、吉林省交通廳、吉林省水利科學(xué)研究院、國網(wǎng)吉林省電力有限公司等100余家，合作院校包括：吉林科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院、吉林省東北亞教育集團(tuán)有限責(zé)任公司、吉林水利電力職業(yè)學(xué)院、吉林省勞動技術(shù)學(xué)校、遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院等20余所。 未來我們將繼續(xù)努力，不斷研發(fā)滿足各行業(yè)需求的無人機(jī)產(chǎn)品、創(chuàng)新無人機(jī)服務(wù)、培養(yǎng)更多的無人機(jī)專業(yè)技術(shù)人才，堅(jiān)持新發(fā)展理念，為加快推進(jìn)新時(shí)代吉林全面振興、全方位振興貢獻(xiàn)我們的專業(yè)力量。吉林省無人機(jī)實(shí)訓(xùn)基地：長春市卡倫經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)老街3555號吉林省無人機(jī)運(yùn)營中心：長春市凈月區(qū)阿里云創(chuàng)新中心1401室 吉林省無人機(jī)技術(shù)服務(wù)中心：長春市北湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)盛北大街3222號遼寧省無人機(jī)培訓(xùn)基地：遼寧省沈陽市法庫通用航空產(chǎn)業(yè)基地。編輯：周佳慧審核：周 爽掃碼關(guān)注我們