Pytanie:
Latanie na planetach i księżycach o gęstej atmosferze
Zoltán Schmidt
2013-07-31 17:17:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Czy pewne rodzaje latania byłyby możliwe na planetach takich jak Wenus, Tytan (który jest księżycem, wiem: P) lub gazowe olbrzymy?

Myślę o aspektach tego typu statków powietrznych: sterowce (które używają tylko ogromnej ilości powietrza do unoszenia się i latania), szybowce (które wykorzystują tylko wiatr do latania), samoloty ze śmigłami, helikoptery (używają podobnych sposobów latania) i samoloty z silnikami odrzutowymi.

Oczywiście większość z nich nie działałaby na planetach bez atmosfery lub bardzo cienkiej, takiej jak Księżyc czy Merkury, więc sprecyzowałem pytanie do tych planet i księżyców, które mają gęstą i / lub gęstą atmosferę. Mówiąc o samolotach, mam na myśli tylko te pojazdy, które nie są w stanie opuścić atmosfery - ponieważ te, które mogą podróżować w kosmosie, również muszą być w stanie podróżować w atmosferze. Ale odwrotnie, to nieprawda.

Na przykład szybowanie na Jowiszu (lub nawet na Wenus) byłoby bardzo możliwe, ponieważ ciężka burza w ich atmosferze generuje silne wiatry. Ale oczywiście nie może lecieć w kosmos, ponieważ nie ma wiatru, który by go zdławił w wyższych warstwach atmosfery.

Jakie jest pytanie? :) Jeśli jesteś pewien, że sondy cięższe od powietrza są opłacalne, to może powinieneś zawęzić to do tego, o czym nie wiesz, na przykład szybowców.
@AlanSE Pytanie brzmi, które z nich są w stanie, a które nie potrafią latać na wspomnianym typie planet i księżyców. To tylko teoretyczne pytanie.
Bardzo dobre pytanie i odpowiedzi. Byłbym wdzięczny, gdyby ktoś udzielił odpowiedzi na sterowce i balony z helem. Może kiedyś zadam konkretne pytanie na ten temat.
Pytanie dotyczące balonów z helem: https://space.stackexchange.com/questions/44863/how-high-could-a-helium-balloon-go-on-mars-and-on-triton
Dwa odpowiedzi:
#1
+22
DanteTheEgregore
2013-07-31 19:38:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Właściwie to właśnie czytałem świetne What if? artykuł na ten temat można znaleźć tutaj. Możliwy jest lot na inne planety. Myślę, że załączony komiks cudownie to podsumowuje:

Some Description

Jeśli chodzi o każde prawidłowe ciało w naszym Układzie Słonecznym (z wyjątkiem Ziemi oczywiście), sparafrazuję bit:

Słońce : Próba lotu na słońcu jest mniej lub bardziej bezużyteczna, ponieważ każdy statek wystarczająco blisko, by wyczuć jego atmosferę, zostałby natychmiast wyparowany.

Mars : artykuł stanowi obszerną dyskusję na temat symulacji za pośrednictwem X-Plane. Jak się okazuje, X-Plane może być tak skonstruowany, aby dokładnie symulował warunki panujące na Marsie. Niestety, jak również stwierdzono, lot na Marsie jest możliwy, ale trudny. Aby osiągnąć lot na Marsie, musisz lecieć szybko . W artykule stwierdzono, że prędkość mach 1 jest wymagana jedynie do osiągnięcia lotu. Problem w tym, że gdy już osiągniesz lot, bezwładność prawie uniemożliwia zmianę kursu.

Wenus : Wenus jest interesująca. Atmosfera na Wenus jest 60 razy gęstsza od ziemskiej. Można było łatwo osiągnąć lot przy niewiarygodnie niskich prędkościach (Cessna 172 Skyhawk, samolot, na którym opiera się artykuł, mógł latać z prędkością jazdy). Problem w tym, że powietrze na Wenus jest wystarczająco gorące, aby stopić ołów. Zawsze możesz to obejść, lecąc w górnej atmosferze Wenus. Górna atmosfera jest raczej podobna do ziemi i łatwo byłoby w nią wlecieć samolotem. Tylko trzeba się upewnić, że żaden metal nie jest odsłonięty, ponieważ kwas siarkowy w górnych warstwach atmosfery stwarza zagrożenie korozją.

Jowisz : lot na Jowiszu jest nierealny. Grawitacja Jowisza jest zbyt silna. Moc wymagana do utrzymania lotu jest około 3 razy większa niż na Ziemi, co sprawia, że ​​lot tam jest wysoce nierealny.

Saturn : Słabsza grawitacja i nieco gęstsza atmosfera niż Jowisz oznacza, że ​​samolot może być całkiem lepszy, ale ostatecznie ulegałby zimnym lub silnym wiatrom.

Uran : lot na Uranie mógłby trwać nieco dłużej, ale ostatecznie samolot nadal podlegałby panującym tam warunkom.

Neptun : temperatura i turbulencje uniemożliwiają lot na Neptunie. Zakłada się, że twój samolot szybko rozpadłby się w atmosferze.

Tytan : Tytan to prawdopodobnie najlepszy plan do podjęcia próby lotu. Cytując artykuł:

„Jeśli chodzi o latanie, Tytan może być lepszy od Ziemi. Jego atmosfera jest gruba, ale grawitacja jest lekka, co powoduje, że ciśnienie powierzchniowe jest tylko o 50% wyższe niż na Ziemi z powietrzem czterokrotnie gęstszym. Jego grawitacja - niższa niż na Księżycu - oznacza, że ​​latanie jest łatwe. ”

Lot na Tytanie IS jest łatwy. Człowiek mógłby teoretycznie osiągnąć lot w kombinezonie ze skrzydłami i zwykłą siłą mięśni. Problem w tym, że Tytan jest zimny, 72 kelwinów zimny. Lot wymagałby poważnych modyfikacji ogrzewania, ale oprócz czynnika ciepła Tytan jest absolutnie najlepszym miejscem do prób lotu w naszym Układzie Słonecznym. Jest nawet lepszy niż Ziemia. Co ciekawe, do tej pory Tytan był w rzeczywistości zbyt zimny, aby nawet bezzałogowe sondy mogły go zbadać. Ponownie, cytując artykuł:

Baterie pomogłyby przez chwilę się ogrzać, ale ostatecznie pojazdowi zabrakło ciepła i rozbił się. Sonda Huygens, która opadła z prawie wyczerpanymi bateriami (podczas upadku robiła fascynujące zdjęcia), poddała się zimnu już po kilku godzinach na powierzchni. Miał wystarczająco dużo czasu, aby odesłać pojedyncze zdjęcie po wylądowaniu - jedyne, jakie mamy z powierzchni ciała poza Marsem.

Ziemia : warunki na Ziemi są optymalne do latania. Grawitacja Ziemi wynosi 9,78 m / s². Dla porównania, grawitacja Jowisza wynosi 24,79 m / s², a Tytan - 1,352 m / s². Atmosfera ziemska na poziomie morza to 1 standardowa atmosfera lub 101,3 kPa lub 14,7 psi w porównaniu ze średnią Marsa, która wynosi około 0,006 standardowej atmosfery lub 600 Pa lub 0,087 psi, a średnia Wenus wynosi około 9,2 mPa lub 1330 psi. Prędkość startowa naszej Cessny 172 Skyhawk wynosi 64 KIAS (prędkość wskazywana w węzłach), a najlepsza prędkość wznoszenia to 73 km. Normalna prędkość przelotowa w Cessnie 172 Skyhawk wynosi 122 węzły (140 mil na godzinę, 226 km / h). Dla porównania, lot na Marsie wymagałby prędkości powyżej Mach 1, co przekłada się na 768 mil na godzinę lub 1236 km / h.

Podsumowując :

  • Słońce : Natychmiastowe odparowanie.
  • Mars : Atmosfera jest zbyt cienka, aby latać poniżej 1 macha, powyżej mach 1 w zasadzie nie możesz sterować.
  • Dolna atmosfera Wenus : Lot jest możliwy, ale powietrze jest gorące. Rozpuściłbyś się.
  • Górna atmosfera Wenus : lot jest możliwy, ale korozja jest spowodowana kwasem siarkowym, więc nie ma odsłoniętego metalu.
  • Jowisz : Wysoka grawitacja sprawia, że ​​lot jest wyjątkowo nierealny.
  • Saturn : Lot jest możliwy, ale Twój samolot może ostatecznie ulec zimnie i warunkom pogodowym.
  • Uran : tak samo jak Saturn, ale MIGHT wytrzymasz trochę dłużej.
  • Neptun : Twój samolot szybko się rozpadnie ekstremalne zakłócenia.
  • Tytan : Lot można osiągnąć za pomocą sztucznych skrzydeł i zwykłej siły mięśni. Niestety Tytan jest zimny. Cytując artykuł XKCD:

Gdyby ludzie założyli sztuczne skrzydła, by latać, moglibyśmy stać się tytanowymi wersjami historii Ikar - nasze skrzydła mogłyby zamarznąć, rozpaść się, i wyślij nas na śmierć.

Icarus on Titan

  • Ziemia : wiemy, że lot na Ziemi działa dzięki wiedzy z pierwszej ręki. Nie mamy najbardziej optymalnych warunków w naszym Układzie Słonecznym, ale warunki tutaj są nadal świetne dla wszystkich typów załogowych statków powietrznych.
  • Gdzie indziej : Brak atmosfery, więc możesz się rozbić balistycznie.

Krótka uwaga :

Tytan to absolutnie najlepsze środowisko do lotu konwencjonalnym samolotem, jeśli nie uwzględni się na mrozie. Wyobrażam sobie, że próba lotu w górnych warstwach atmosfery Wenus, chroniąca cały odsłonięty metal przed korozją, byłaby dużo łatwiejsza i mniej kosztowna, niż dokonywanie poważnych modyfikacji w konwencjonalnym samolocie, tak aby on i jego pilot wytrzymali ekstremalne zimno występujące na Tytanie. .

Kolejna mała uwaga : Mach 1 jest mierzony względem ziemi, czyli 340,29 m / s. Prędkość dźwięku na Marsie jest inna. Prędkość dźwięku to 226 m / s.

Jowisz może nie latać przy ciśnieniu, przy którym byś przeżył, ale lot jest zdecydowanie możliwy, w rzeczywistości, gdy tracisz wysokość, ostatecznie unosisz się w pozycji równowagi, więc sterowiec jest realnym rozwiązaniem.
@RoryAlsop Nie widzę konwencjonalnego samolotu wytrzymującego warunki Jowisza. Być może mocno zmieniony, ale może istnieć poza zakresem tego pytania, w zależności od tego, co określamy jako statek kosmiczny i samolot. Naprawdę, dla celów pytania, i zamierzam to uwzględnić w edycji, górna atmosfera Wenus jest najlepszym możliwym środowiskiem do lotu standardowym samolotem. Tytan jest świetny, ale wyobrażam sobie, że koszty związane z modyfikacjami mającymi na celu wytrzymanie zimna są znacznie wyższe niż ochrona całego odsłoniętego metalu w istniejącym konwencjonalnym samolocie.
Och, to jest przezabawne! = D jednak może być interesujące sprawdzenie zachowania helikopterów (ale z pewnością jest to podobne do międzyplanetarnej Cessny, ponieważ oba używają śmigieł), szybowców i sterowców. Na przykład jestem całkiem pewien, że latanie Zeppelinem musi być możliwe na Jowiszu, ponieważ jego gęstość powietrza jest znacznie większa. Z drugiej strony, myślę, że ciśnienie powietrza zniszczyłoby sam balon.
@ZoltánSchmidt Jedynym problemem jest to, że grawitacja Jowisza jest ponad dwukrotnie większa niż ziemska. Coś ważącego tutaj 150 kg na Jowiszu ważyłoby 354,6 kg. Może zeppelin lub samolot balonowy mógłby to przetrwać, ale warunki są mniej niż optymalne dla samolotów skrzydłowych i helikopterów.
Tęskniłeś za Ziemią.
@gerrit „Jeśli chodzi o każde prawidłowe ciało w naszym Układzie Słonecznym (z wyjątkiem Ziemi oczywiście), sparafrazuję trochę:„ Pominąłem Ziemię, ponieważ uznałem, że nie ma to związku z. Mogę to załączyć, jeśli chcesz. :)
-1
@called2voyage Mach 1 względem Ziemi, czyli około 1236 km / h lub 768 mph
@ZachSmith Proponuję uwzględnić to w swojej odpowiedzi, ponieważ Mach 1 jest miarą względną, gdy mamy do czynienia z innymi warunkami atmosferycznymi.
@called2voyage Właściwie dodałem to dzięki Twojemu komentarzowi. Dziękuję za zwrócenie uwagi!
Przyszło mi do głowy, że Randall Munroe nakreślił wszystkie trajektorie balistyczne w podobny sposób, ale z pewnością przy tej samej prędkości początkowej na niektórych planetoidach można by dotrzeć nieco dalej niż na innych.
@gerrit Nie wierzę, że komiks miał być traktowany tak poważnie, ale tak, na niektórych planetoidach można osiągnąć dalszy ciągły lot. Saturn i Uran są najlepszymi przykładami, ponieważ oba są dość podobne do celów naszego pytania, ale długotrwały lot ** MOŻE ** być możliwy przez dłuższy czas na Uranie (zwróć uwagę, że przedłużony lot jest niemożliwy, ponieważ stracisz kontrolę przed wyczerpaniem zapas paliwa). Możesz wytrzymać lot na Tytanie przez najdłuższy czas, ponieważ do osiągnięcia i utrzymania lotu potrzeba bardzo mało paliwa.
Właściwie latanie na Jowiszu może nie być takie nierealne. Większość samolotów może obsłużyć 3 g na Ziemi. Samoloty akrobacyjne lub myśliwce odrzutowe mogą ważyć do 10g. Lot w poziomie na Jowiszu jest jak latanie po poziomym nieskończonym kole z prędkością + 3 g na ziemi. Nie są potrzebne żadne modyfikacje konstrukcyjne, wystarczy znaleźć odpowiednią wysokość na Jowiszu, gdzie ciśnienie jest równoważne ciśnieniu na Ziemi. Daleko nam do „skrajnie nierealistycznych z powodu grawitacji”
@ZoltánSchmidt Powinniśmy odrzucić statki powietrzne na Jowiszu, ponieważ jego atmosfera składa się głównie z wodoru i helu, dlatego nie możemy napełnić sterowca niczym zauważalnie lżejszym. Może ogromny balon z gorącym wodorem mógłby zadziałać, ale wydaje mi się to wątpliwe.
@qqjkztd: Ale czy mogą obsłużyć + 3g _ciągle_? Możliwość krótkiego pociągnięcia kilku G podczas skrętu jest daleka od możliwości wytrzymania kilku G przez cały czas trwania lotu. Jeśli nic więcej, martwiłbym się, że układy paliwowe będą w stanie zasilać silnik (i) podczas długich okresów długotrwałego lotu + 3g.
#2
+2
airplaneguy11
2017-04-27 23:52:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wenus wydaje się być najbardziej praktyczna, a nie Tytan (jeden MUSI uwzględniać zimno). Tak, na Wenus jest tak gorąco, że topi się ołów w temperaturze 621 stopni F. Jednak ołów jest miękkim metalem i jest ciężki. Nie budujemy samolotów bez ołowiu. Aluminium topi się w temperaturze 1218 stopni Fahrenheita (F), a tytan topi się w temperaturze 3200 stopni F.Lockheed SR-71, lecący z prędkością 3+ Macha, został zaprojektowany we wczesnych latach sześćdziesiątych XX wieku z aluminiową strukturą i tytanowymi powłokami, aby chronić go przed tarciem cieplnym cząsteczek powietrza tworzone przy tych prędkościach. Można by zbudować inny samolot typu „SR-71” i latać na Wenus, aczkolwiek wszystkie materiały bardziej wrażliwe na temperaturę musiałyby być izolowane termicznie, a niektóre wymagałyby aktywnego chłodzenia. Na Tytanie przy 72 stopniach Kelvina to -330 stopni Fahrenheita i po prostu nie latamy „zwykłymi” samolotami w takim zimnie. Jest tak zimny jak ciekły azot, a metal stałby się tak kruchy, że po prostu pękłby pod wpływem sił aerodynamicznych. Jednak temperatura w kosmosie jest jeszcze niższa i wynosi 2,7 stopnia Kelvina (-455 Fahrenheita), ale nie ma sił aerodynamicznych, ponieważ jest to próżnia. Cały czas „latamy” tam statkami kosmicznymi. Boeing właśnie pokonał rekordowe 674 dni w kosmosie swoim samolotem kosmicznym X-37. Tak więc latanie na Tytanie samolotem kosmicznym podobnym do X-37 może być w końcu praktyczne.

Trudno to przeczytać. Czy możesz to trochę sformatować lub wyjaśnić?
Przestrzeń jest chłodniejsza niż Tytan, ale próżnia jest dobrym izolatorem termicznym. Dlatego też, dla celów praktycznych, atmosfera Tytana chłodzi statek powietrzny znacznie szybciej niż przestrzeń kosmiczna.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...