Obecnie powierzchnia Marsa jest eksplorowana za pomocą specjalnych stacji orbitalnych, a także stacjonarnych modułów czy wolno poruszających się łazików. Między tymi pojazdami badawczymi jest dość duża luka, którą mogą wypełnić różne samoloty. Wydawałoby się, dlaczego sztuczne urządzenia stworzone przez człowieka wciąż nie latają nad powierzchnią Czerwonej Planety? Odpowiedź na to pytanie leży na powierzchni (we wszystkich zmysłach), gęstość atmosfery Marsa to zaledwie 1,6% gęstości atmosfery ziemskiej nad poziomem morza, co z kolei oznacza, że samoloty na Marsie musiałyby lecieć z prędkością bardzo duża prędkość, aby nie spaść.
Atmosfera Marsa jest bardzo rozrzedzona, z tego powodu te samoloty, które są używane przez ludzi podczas poruszania się w atmosferze Ziemi, praktycznie w żaden sposób nie nadają się do użytku w atmosferze Czerwonej Planety. Jednocześnie, co zaskakujące, amerykański paleontolog Michael Habib zaproponował wyjście z obecnej sytuacji z przyszłymi marsjańskimi pojazdami latającymi. Według paleontologa zwykłe ziemskie motyle czy małe ptaki mogą stać się doskonałym prototypem urządzeń zdolnych do latania w marsjańskiej atmosferze. Michael Habib uważa, że odtwarzając takie stworzenia, zwiększając ich rozmiary, pod warunkiem zachowania ich proporcji, ludzkość będzie mogła uzyskać urządzenia odpowiednie do lotów w atmosferze Czerwonej Planety.
Przedstawiciele naszej planety tacy jak motyle czy kolibry mogą latać w atmosferze o niskiej lepkości, czyli w takiej samej atmosferze jak na powierzchni Marsa. Dlatego mogą pełnić rolę bardzo dobrych modeli do tworzenia przyszłych modeli samolotów nadających się do podboju marsjańskiej atmosfery. Maksymalne wymiary takich urządzeń można było obliczyć z równania angielskiego naukowca Colina Pennisewicka z Bristolu. Jednak główne problemy nadal należy uznać za kwestie związane z utrzymaniem takich samolotów na Marsie z dala od ludzi i przy ich braku na powierzchni.
Zachowanie wszystkich pływających i latających zwierząt (a także maszyn) można wyrazić liczbą Reynoldsa (Re): w tym celu należy pomnożyć prędkość latającego (lub pływaka), charakterystyczną długość (np. średnicy, jeśli mówimy o rzece) i gęstości cieczy (gazu), a wynik uzyskany w wyniku mnożenia dzieli się przez lepkość dynamiczną. Wynikiem jest stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Zwykły samolot jest w stanie latać z dużą liczbą Re (bardzo duża bezwładność w stosunku do lepkości powietrza). Jednak na Ziemi są zwierzęta, które „wystarczą” na stosunkowo niewielką ilość Re. Są to malutkie ptaki lub owady: niektóre z nich są tak małe, że w rzeczywistości nie latają, ale unoszą się w powietrzu.
Paleontolog Michael Habib, biorąc to pod uwagę, zasugerował zabranie któregokolwiek z tych zwierząt lub owadów, zwiększając wszystkie proporcje. Byłoby więc możliwe uzyskanie samolotu przystosowanego do atmosfery marsjańskiej i niewymagającego dużej prędkości lotu. Całe pytanie brzmi, do jakich rozmiarów można powiększyć motyla lub ptaka? W tym miejscu pojawia się równanie Colina Pennisewicka. W 2008 roku naukowiec ten zaproponował oszacowanie, według którego częstotliwość oscylacji może zmieniać się w zakresie, który tworzą następujące liczby: masa ciała (ciało) - do 3/8 stopnia, długość - do -23/24 stopień, powierzchnia skrzydła - stopień - 1/3, przyspieszenie ziemskie wynosi 1/2, gęstość płynu wynosi -3/8.
Jest to dość wygodne do obliczeń, ponieważ można wprowadzić poprawki odpowiadające gęstości powietrza i sile grawitacji na Marsie. W tym przypadku również trzeba będzie wiedzieć, czy prawidłowo „formujemy” wiry z użycia skrzydeł. Na szczęście jest tu też odpowiedni wzór, który wyraża się liczbą Strouhala. Liczba ta jest w tym przypadku obliczana jako iloczyn częstotliwości i amplitudy drgań podzielonej przez prędkość. Wartość tego wskaźnika znacznie ograniczy prędkość pojazdu w trybie lotu rejsowego.
Wartość tego wskaźnika dla pojazdu marsjańskiego musi wynosić od 0,2 do 0,4, aby odpowiadała równaniu Pennisewicka. W takim przypadku na końcu konieczne będzie sprowadzenie liczby Reynoldsa (Re) do przedziału odpowiadającego dużemu owadowi latającemu. Przykładowo wśród dość dobrze przebadanych ćmy jastrzębia: Re znane jest z różnych prędkości lotu, w zależności od prędkości ta wartość może wahać się od 3500 do 15000. Michael Habib sugeruje, że twórcy marsjańskiego samolotu również trzymają się tego przedziału.
Zaproponowany system można dziś rozwiązać na różne sposoby. Najbardziej eleganckim z nich jest konstruowanie krzywych ze znalezieniem punktów przecięcia, ale najszybsze io wiele łatwiejsze jest wprowadzenie wszystkich danych do programu do obliczania macierzy i iteracyjne rozwiązywanie. Amerykański naukowiec nie podaje wszystkich możliwych rozwiązań, skupiając się na tym, które uważa za najwłaściwsze. Według tych obliczeń długość „hipotetycznego zwierzęcia” powinna wynosić 1 metr, masa około 0,5 kg, a wydłużenie względne skrzydła 8,0.
Dla aparatu lub stwora tej wielkości liczba Strouhala wynosiłaby 0,31 (wynik bardzo dobry), Re – 13 900 (również dobry), współczynnik nośności – 0,5 (wynik akceptowalny dla rejsów wycieczkowych). Aby naprawdę wyobrazić sobie ten aparat, Chabib porównał jego proporcje z proporcjami kaczki. Ale jednocześnie użycie niesztywnych materiałów syntetycznych powinno sprawić, że będzie jeszcze lżejszy niż hipotetyczna kaczka o tym samym rozmiarze. Ponadto ten dron będzie musiał znacznie częściej trzepotać skrzydłami, więc tutaj wypadałoby porównać go z muszką. Jednocześnie liczba Re, porównywalna z liczbą motyli, pozwala sądzić, że przez krótki czas aparat będzie miał wysoki współczynnik nośności.
Dla zabawy Michael Habib sugeruje, że jego hipotetyczna maszyna latająca wystartuje jak ptak lub owad. Wszyscy wiedzą, że zwierzęta nie rozpraszają się po pasie startowym, do startu odpychają podporę. W tym celu ptaki, podobnie jak owady, używają kończyn, a nietoperze (prawdopodobnie wcześniej robiły to pterozaury) również używały własnych skrzydeł jako systemu pchania. Ze względu na to, że siła grawitacji na Czerwonej Planecie jest bardzo mała, do startu wystarczy nawet stosunkowo niewielkie pchnięcie – około 4% tego, co potrafią wykazać najlepsi ziemscy skoczkowie. Co więcej, jeśli system popychaczy urządzenia zdoła zwiększyć moc, będzie mógł bez problemu wystartować nawet z kraterów.
Należy zauważyć, że jest to bardzo prymitywna ilustracja i nic więcej. Obecnie istnieje wiele powodów, dla których mocarstwa kosmiczne nie stworzyły jeszcze takich dronów. Wśród nich można wyróżnić problem rozmieszczenia samolotu na Marsie (można to zrobić za pomocą łazika), konserwacji i zasilania. Pomysł jest dość trudny do zrealizowania, co w efekcie może sprawić, że będzie nieskuteczny lub nawet całkowicie niewykonalny.
Samolot do zbadania Marsa
Przez 30 lat Mars i jego powierzchnia były badane za pomocą różnych środków technicznych, badane przez satelity na orbicie i ponad 15 typów różnych urządzeń, cudowne pojazdy terenowe i inne sprytne urządzenia. Zakłada się, że wkrótce na Marsa zostanie wysłany również samolot-robot. Przynajmniej Centrum Nauki NASA opracowało już nowy projekt specjalnego zrobotyzowanego samolotu przeznaczonego do badania Czerwonej Planety. Zakłada się, że samolot będzie badał powierzchnię Marsa z wysokości porównywalnej z marsjańskimi łazikami badawczymi.
Z pomocą takiego łazika naukowcy odkryją rozwiązanie wielu tajemnic Marsa, które nie zostały jeszcze wyjaśnione przez naukę. Marsjański statek kosmiczny będzie mógł unosić się nad powierzchnią planety na wysokości około 1,6 metra i przelatywać wiele setek metrów. Jednocześnie urządzenie to wykona zdjęcia i nagrania wideo w różnych zakresach oraz zeskanuje powierzchnię Marsa na odległość.
Łazik powinien łączyć w sobie wszystkie zalety nowoczesnych łazików, pomnożone przez potencjał do eksploracji ogromnych odległości i obszarów. Sonda Mars, która otrzymała już oznaczenie ARES, jest obecnie tworzona przez 250 specjalistów pracujących w różnych dziedzinach. Stworzyli już prototyp samolotu marsjańskiego, który ma następujące wymiary: rozpiętość skrzydeł 6,5 metra, długość 5 metrów. Do produkcji tego latającego robota planowane jest użycie najlżejszego polimerowego materiału węglowego.
To urządzenie ma być dostarczone na Czerwoną Planetę dokładnie w takim samym opakowaniu, jak urządzenie do lądowania na powierzchni planety. Głównym celem tego kadłuba jest ochrona statku kosmicznego przed destrukcyjnymi skutkami przegrzania w przypadku kontaktu kapsuły z atmosferą Marsa, a także ochrona statku kosmicznego podczas lądowania przed możliwymi awariami i uszkodzeniami mechanicznymi.
Naukowcy planują wyrzucić ten samolot na Marsa przy pomocy sprawdzonych już lotniskowców, jednak tutaj też mają nowe pomysły. 12 godzin przed lądowaniem na powierzchni Czerwonej Planety urządzenie oddzieli się od nośnika i na wysokości 32 km. Nad powierzchnią Marsa wypuści z kapsuły samolot marsjański, po czym samolot marsjański natychmiast uruchomi swoje silniki i rozkładając swoje sześciometrowe skrzydła, rozpocznie autonomiczny lot nad powierzchnią planety.
Zakłada się, że samoloty ARES będą mogły przelecieć nad zupełnie niezbadanymi przez Ziemian górami Marsa i przeprowadzić niezbędne badania. Konwencjonalne łaziki nie mogą wspinać się po górach, a satelity mają trudności z rozróżnieniem szczegółów. Jednocześnie w górach Marsa występują strefy o silnym polu magnetycznym, którego natura jest niezrozumiała dla naukowców. W locie ARES będzie pobierał próbki powietrza z atmosfery co 3 minuty. Jest to dość ważne, ponieważ na Marsie znaleziono gaz metanowy, którego natura i źródło jest całkowicie niejasne. Na Ziemi metan jest wytwarzany przez żywe istoty, podczas gdy źródło metanu na Marsie jest zupełnie niejasne i wciąż nieznane.
Również w statku kosmicznym ARES Mars zamierzają zainstalować sprzęt do poszukiwania zwykłej wody. Naukowcy wierzą, że z pomocą ARES będą mogli pozyskać nowe informacje, które rzucą światło na przeszłość Czerwonej Planety. Naukowcy nazwali już projekt ARES najkrótszym programem kosmicznym. Samolot marsjański może pozostać w powietrzu tylko przez około 2 godziny, dopóki nie zabraknie mu paliwa. Jednak nawet w tak krótkim czasie ARES nadal będzie w stanie pokonać dystans 1500 kilometrów nad powierzchnią Marsa. Następnie urządzenie wyląduje i będzie mogło kontynuować badanie powierzchni i atmosfery Marsa.
