¿Existe una fuente de alimentación factible para un helicóptero de Marte ampliado?

Múltiples fuentes de prensa (por ejemplo, esta ) informan sobre el helicóptero experimental planificado en Marte 2020, lo cual es realmente genial. Parece que este vehículo solo podrá volar durante aproximadamente 90 segundos con su potencia almacenada, sin embargo, demuestra la aerodinámica básica y el diseño del rotor.

Supongamos que se construyera un futuro helicóptero de Marte lo suficientemente grande como para transportar astronautas (o cargas útiles científicas de tamaño comparable), ¿cuánta energía almacenada necesitaría llevar para volar durante unas pocas horas? ¿Existe una forma factible de almacenar eso dentro del presupuesto de masa del helicóptero?

No estoy seguro de que los helicópteros se adapten bien a Marte. La ley del cubo cuadrado hace que sea difícil escalar las cosas y hacer que sigan volando, como las aves más grandes que no pueden volar. Los helicópteros de Marte necesitan rotores muy ligeros o de rotación muy rápida (o ambos), ninguno de los cuales se escala muy bien.
Supongo que una forma de hacerlo funcionar sería estatorreactor nuclear. En 1950-60 se estaban diseñando varios diseños de helicópteros estatorreactores ; los diseños se suspendieron debido a accidentes resultantes de la inestabilidad de la combustión. La calefacción nuclear podría reemplazar la combustión, la baja densidad del aire no es un gran problema y el problema del uso excesivo de combustible también desaparecería. Aunque dejar un rastro de escape radiactivo podría considerarse no deseado...
La forma más simple de dispositivo volador marciano probablemente sería un dirigible de Marte lleno de un gas ligero o un dirigible de vacío.
@Dragongeek no es la pregunta que hice, también puede levantar un máximo de 0.015 k gramo / metro 3 (kilogramos de estructura y carga útil, por metro cúbico de gas). Entonces, un globo esférico de 100 m de radio (lleno de vacío, hidrógeno o helio, no hace mucha diferencia) puede levantar unas 60 toneladas, que debe incluir las 100 000 metro 2 de bolsa de gas. Probablemente sea factible, pero será difícil de manejar y los gases ligeros son raros en Marte.
@SF. Los helicópteros en Marte tienen que ver con la potencia específica y la energía específica de la fuente de energía, con un guiño al tamaño del rotor. Las fuentes de energía térmica de fisión tienen un gran número de ambos, siempre que no haya pasajeros, aviónica basada en semiconductores o polímeros involucrados. Todas esas cosas son sensibles a los enormes flujos de neutrones y rayos gamma del reactor (sin blindaje). Tan pronto como comience a agregar blindaje, especialmente para los componentes que no puede colocar lejos de los reactores, esos números caen precipitadamente. Especificaciones. la energía todavía está bien, pero las especificaciones. el poder no lo es. Dudo seriamente que funcione.

Respuestas (1)

Gracias a @Organic_Marble por la pregunta relacionada. Una de las respuestas da una fórmula escrita en palabras que podría ser

PAG = F 3 / 2 d F METRO π ρ

o

PAG = F 3 / 2 d F METRO π ρ

dependiendo de cómo leas el inglés. El segundo es dimensionalmente correcto y, por lo tanto, probablemente realmente correcto.

donde PAG es la potencia necesaria (en el eje), F la sustentación (fuerza) necesaria, d el diámetro del rotor, F METRO es una medida de la eficiencia del rotor llamada figura de mérito y ρ la densidad atmosférica. F METRO es cotizaciones sobre típicamente 0.55 - 0.6 para helicópteros en la Tierra.

Usando valores conocidos para la densidad atmosférica y gramo encontramos que, para flotar, un helicóptero de 1 tonelada métrica con 10 metro diámetro del rotor necesitaría un poco más 100 k W de poder.

Si esto es correcto (y sospecho porque las palas seguramente serán supersónicas), entonces un motor de automóvil Tesla y un paquete de baterías con una masa total de aproximadamente 500 kg tendrían suficiente potencia para el despegue y casi una hora de vuelo. Alternativamente, una celda de combustible de metano/oxígeno y un combustible de gas licuado o comprimido podrían hacerlo.

¿Alguien puede decirme si esta es una extrapolación razonable o me he perdido algo?

Así que en la Luna, donde ρ → 0 , un helicóptero funcionaría muy bien! Mmm...
No veo la fórmula en ninguna respuesta allí, no explícitamente. ¿Puedes rastrear la fuente y verificarla dos veces?
@uhoh está escrito en palabras en la respuesta de Arturo a esa pregunta.
Ya veo, no parece muy confiable o verificable, especialmente considerando que lleva a la conclusión de que volar helicópteros en la Luna requerirá prácticamente cero energía.
Había leído mal la fórmula en palabras. Respuesta ahora editada.
Por eso es mejor citar solo ecuaciones cuando puedes citar la fuente al mismo tiempo. Apuesto a que una navegación rápida a través de Aviation SE encontrará algunas respuestas con ecuaciones similares que tienen buenas fuentes.
Una fórmula más o menos similar con muchos términos adicionales se puede encontrar en la diapositiva 5 de esto: fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/282093452028189/…
Qué gramo ¿usaste?
3.8 metro s − 2 entonces el empuje debe ser 3800N
¿Cómo concluye que "las palas seguramente serán supersónicas"? Eso parece una afirmación que necesita apoyo.
es plausible En números redondos, obtuve 500 rpm para una velocidad de punta sónica de su rotor, que es familiar para los helicópteros de la Tierra.
@SteveLinton Traduje esa palabra fórmula y obtuve tu #2, pero tengo un √2 en el numerador. Con ese √2 obtengo los números que ellos (¿él? ¿ella?) hacen, excepto que creo que transpusieron dos dígitos. En el ejemplo de 2 kg obtengo 246 W, no 264.
@TomSpilker Creo que tienes razón. También para Steve Linton: consulte en.wikipedia.org/wiki/Disk_loading#Power_required
¿Existe una fuente de alimentación factible para un helicóptero de Marte ampliado?
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