История создания VertiPoda, Hoverpoda и Mupoda

Человечество делает первые осторожные шаги в освоении космического пространства. Человека манят Луна (там он уже побывал), Марс, Венера, Юпитер, астероиды. Еще в конце 60-ых годов по инициативе С. П. Королева, который уже тогда думал о полете на Марс, построили первый «марсианский» модуль. Этот широко мыслящий человек понимал, что впереди будут и орбитальные станции, и межпланетные полеты.

Марс – это уникальная планета, исследования которой помогут ответить на такие важные вопросы, как эволюция планет Солнечной системы, составить прогноз для Земли и ее биосферы. Но главное, Марс – это единственная планета, перспективная с точки зрения ее обживания человеком для сохранения земной цивилизации. Красную планету можно исследовать с помощью роботов. Никто не отказывается от применения автоматов, они могут хорошо изучить Солнечную систему.

Мы продолжаем быть оптимистами на счет будущих персональных полетов. От летающих автомобилей, коаксиальных летающих платформ, реактивных ранцев и до других рекреационных решений, полет фантазии дизайнеров просто поражает. Например, австралийская компания Entecho разработала прототип – Hoverpod , который напоминает летающую тарелку и управляется направлением нисходящих воздушных потоков через ограждение воздушной подушки. Управление судном осуществляется с помощью джойстика.  

Сейчас эта затея кажется несерьезной. Но у австралийской компании уже есть доказательства своего будущего успеха. Это маленькая беспилотная копия Hoverpodа под названием Mupod. Данный аппарат управляется дистанционно и успешно летает.

Цель: рассмотреть преимущества применения Hoverpoda над другими летательными аппаратами для исследования Марса.

Для реализации цели были изучены история создания различных летательных аппаратов, устройство и принцип действия VertiPoda, Hoverpoda и Mupoda.

Глава 1. История создания VertiPoda, Hoverpoda и Mupoda.

Сейчас есть много технических устройств, которые успешно выполняют свои задачи по исследованию различных космических объектов, но изобретателям не терпится заменить их на что-то более экзотическое: бочку там летающую или тарелку, на крайний случай . Рецепты тут похожи – винты ставят в кольцевые обтекатели или вовсе прячут в глубинах корпуса, переносят их сверху вниз, меняют их число и расположение.

Да и вообще принцип подъёма меняется. Вместо классического вращающегося крыла получают авторы этих аппаратов "воздуходувки", работающие скорее на реактивной силе отбрасываемого вентиляторами воздуха. И как получается?

Получается по-разному. Одна из первых летающих тарелок в мире – американская машина 606А - выше 2,5 метров не поднималась. Просто не могла. Да и стабильность её оставляла желать.

Чуть-чуть большего успеха добились аппараты типа летающая платформа, а попросту – вертолёты наоборот, как оснащённые бочкой вокруг подъёмного винта, лежащего в основании аппарата, так и без оной.

Таковых пилотируемых устройств было построено немало, особенно в 1950-1960-х, но ни сравнительно свежий пример – VertiPod 2007 года, самый первый вариант которого изображён русским художником Иваном Билибиным в 1900 году , ни тщательно проработанный Aeris Naviter AN-1 AeroQuad, впервые полетевший ещё в 2003-м, революции в воздухе не совершили. Остались пылиться в ангарах компаний.

И вот что интересно. Если часть изобретателей всех этих транспортных средств будущего спят и видят, как их аппараты резвятся в заоблачных высотах, вторая половина новаторов намеренно ограничивает потолок своих машин смешными величинами. К примеру, рабочая высота полёта VertiPod — 1,5-4,5 метра, а M200 — 3 м.

Зачем так сделано? Всё просто. Так безопаснее. Вместе с тем сохраняется колоссальная "проходимость" такой машины и ощущение полёта.

Вот и инженеры из австралийской компании Entecho, разработавшие проект транспортного средства вертикального взлёта Hoverpod. Миниатюрная беспилотная копия Hoverpod – машинка под названием Mupod — уже летает. Этот дистанционно управляемый аппарат нацелен на рынок разведывательной техники или летающих датчиков чистоты атмосферы.

Глава 2. VertiPod - это своего рода первый шаг к летающему автомобилю.

  Истории возникновения нового транспортного средства предшествовал длительный опыт по разработке неубивающего оружия. Для этого в 2002 году Пит Битар создал компанию Xtreme Alternative Defense Systems (XADS). Мы даже как-то рассказывали об их несмертельной электровинтовке.

Очень скоро компания заключила немало контактов с представителями военной промышленности США и даже получила серьёзное государственное финансирование для некоторых собственных проектов. Но, видимо, Пит Битар со временем понял, что надо придумать что-то поинтереснее, чем нелетальное оружие. И решил сделать кое-что летальное, простите, летающее. Поэтому в октябре 2006 года он основал ещё и фирму AirBuoyant — филиал XADS. Новая компания должна заниматься созданием каких-то систем запуска спутников, кораблей для космического туризма и тому подобным. Первые результаты на этой ниве, как ожидается, будут году этак в 2010-м. Но не космосом единым жива свежеиспечённая контора: есть у неё и более земные, хотя при этом и небесные задачи.

Если говорить о не столь далёких планах, то становится сразу ясно, что AirBuoyant была создана специально для работы над VertiPod — однопилотным летательным средством .

Сердце железяки — другая железяка: двигатель от мотоцикла мощностью 50 лошадиных сил и объёмом 440 кубических сантиметров с установленным на нём пропеллером. Топливо: бензин или этанол, используемые со скоростью 7,6 литра в час.

Этот необычный механизм чем-то напоминает вертолёт. Но только пропеллер у него не над пилотом, а под ним. Водитель, он же пассажир, должен забраться в эту страшноватую конструкцию и управлять ею стоя. Разработчики говорят, что делать это легко и удобно. Все необходимые переключатели находятся на панелях, установленных на уровне предплечий. А чтобы свернуть, не надо ничем рулить: достаточно немного наклониться в сторону, куда нужно полететь, — машина туда и двинется. Ещё представители компании уточняют, что агрегат заводится очень просто, с помощью пулл-стартёра — "как газонокосилка". Это, должно быть, действительно очень просто, но такое сравнение немного настораживает

Битар подчёркивает, что VertiPod именно летает, а не использует воздушную подушку. То есть аппарат "опирается" именно на атмосферу, а не на землю. Это радует. Пит Битар уверяет, что одно из достоинств VertiPod — ультралёгкость.

Конструкция, опять-таки, по словам разработчиков, может пригодиться и для военных (чтоб беспорядки устранять, границы патрулировать и совершать другие полезные дела), и для обычных граждан (слетать за огурцами, снять кошку с дерева, поздороваться с соседом сверху).

Сегодня VertiPod существует в виде прототипа, и вроде бы давно летает, хотя ни снимки, ни видеоролики, показывающие его в воздухе, почему-то не демонстрируются. Да и выглядит он пока как-то ненадёжно; будем надеяться, что это всего лишь казусы обманчивой внешности.

Летающие аппараты такого вида часто мелькают в фантастических фильмах и мультиках. Вот такие, как например, в мультсериале о приключениях Джонни Квеста( приложение 6). Но мы-то знаем, что прообраз VertiPod — не в научной фантастике.

Заявленная максимальная скорость движения — 65 километров в час, а полёт должен происходить на высоте 1,5-4,5 метра над землёй. К счастью, невысоко.

Глава 3. Почему именно Марс?

Марс — планета земной группы с разреженной атмосферой (приложение 7). Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных и вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных.

Вплоть до первого пролёта у Марса космического аппарата Маринер-4 (англ. «Mariner 4») в 1965 году многие исследователи всерьёз полагали, что на его поверхности есть вода в жидком состоянии.

Из-за низкого давления вода не может существовать в жидком состоянии на поверхности Марса, но вполне вероятно, что в прошлом условия были иными, и поэтому наличие примитивной жизни на планете исключать нельзя. 31 июля 2008 года вода в состоянии льда была обнаружена на Марсе космическим аппаратом НАСА «Феникс».

В настоящее время орбитальная исследовательская группировка на орбите Марса насчитывает три функционирующих космических аппарата: «Mars Odyssey», «Mars Express» и «Mars Reconnaissance Orbiter», и это больше, чем около любой другой планеты, кроме Земли. Поверхность Марса в настоящий момент исследуют два марсохода: Spirit и Opportunity. На поверхности Марса находятся также несколько неактивных посадочных модулей и марсоходов, завершивших свои миссии. Геологические данные, собранные всеми этими миссиями, позволяют предположить, что немалую часть поверхности Марса ранее покрывала вода. Наблюдения в течение последнего десятилетия позволили обнаружить в некоторых местах на поверхности Марса слабую гейзерную активность.

Марс почти вдвое меньше Земли по размерам — его экваториальный радиус равен 3396,9 км (53,2 % земного). Площадь поверхности Марса примерно равна площади суши на Земле[8]. Достаточно быстрое вращение планеты приводит к заметному полярному сжатию — полярный радиус Марса примерно на 21 км меньше экваториального. Масса планеты — 6,418×1023 кг (10 % массы Земли). Ускорение свободного падения на экваторе равно 3,711 м/сек² (0,376 земного); первая космическая скорость составляет 3,6 км/сек и вторая — 5,027 км/сек. Марс вращается вокруг своей оси, наклонённой к плоскости орбиты под углом 24°56′. Период вращения планеты — 24 часа 37 минут 22,7 секунд. Таким образом, марсианский год состоит из 668,6 марсианских солнечных суток (называемых солами). Наклон оси вращения Марса обеспечивает смену времён года. При этом вытянутость орбиты приводит к большим различиям их продолжительности. Так, северная весна и лето, вместе взятые, длятся 371 сол, т.  е. заметно больше половины марсианского года. В то же время они приходятся на участок орбиты Марса, удалённый от Солнца. Поэтому на Марсе северное лето долгое и прохладное, а южное — короткое и жаркое.

У Марса есть магнитное поле, но оно слабо и крайне неустойчиво, в различных точках планеты его напряжённость может отличаться от 1,5 до 2 раз, а магнитные полюса не совпадают с физическими.

Температура на экваторе планеты колеблется от +30 °C в полдень до −80 °С в полночь. Вблизи полюсов температура иногда падает до −143 °С.

Атмосфера Марса, состоящая в основном из углекислого газа, очень разрежена. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного — 6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Из-за большого перепада высот на Марсе, давление у поверхности сильно изменяется. Максимальное значение 8,4 мбар достигается в бассейне Эллада (4 км ниже среднего уровня поверхности), а на вершине горы Олимп (27 км выше среднего уровня) оно всего 0,5 мбар. В отличие от Земли, масса марсианской атмосферы сильно изменяется в течение года в связи с таянием и намерзанием полярных шапок, содержащих углекислый газ.

Существуют свидетельства того, что в прошлом атмосфера могла быть более плотной, а климат — тёплым и влажным, и на поверхности Марса существовала жидкая вода и шли дожди[9].

Атмосфера состоит на 95 % из углекислого газа; также в ней содержится 2,7 % азота, 1,6 % аргона, 0,13 % кислорода, 0,1 % водяного пара, 0,07 % угарного газа. Марсианская ионосфера простирается в пределах от 110 до 130 км над поверхностью планеты.

По результатам наблюдений с Земли и данных космического аппарата «Марс Экспресс» в атмосфере Марса обнаружен метан. В условиях Марса этот газ довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать постоянный источник его пополнения. Таким источником может быть либо геологическая активность (но действующие вулканы на Марсе не обнаружены), либо жизнедеятельность бактерий.

Климат, как и на Земле, носит сезонный характер. В холодное время года даже вне полярных шапок на поверхности может образовываться светлый иней. Аппарат Phoenix зафиксировал снегопад, однако снежинки испарялись, не достигая поверхности.

По данным исследователей из Центра имени Карла Сагана, в настоящее время на Марсе идёт процесс потепления. Другие специалисты считают, что такие выводы делать пока рано.

Глава 4. Hoverpod и Mupod - самые необычные транспортные средства.

Вот и инженеры из австралийской компании Entecho, разработавшие проект транспортного средства вертикального взлёта Hoverpod , ограничили его потолок полутора метрами.

Тогда не проще ли построить обычный аппарат на воздушной подушке? Нет. Даже большая "подушка" не в состоянии двигаться по местности с огромными валунами и глубокими ямами. Она спасует перед вертикальной стеной высотой уже около метра. И кустарник ей приходится огибать стороной.

В общем, пусть асфальт, трава, вода, снег, лёд и песок – нормальные "рабочие поверхности" для аппарата на воздушной подушке, он не может сравниться с вертолётом или самолётом в преодолении препятствий. Hoverpod же должен брать куда более серьёзные барьеры. При этом в отличие от "подушки" он может наклоняться на виражах и дарить пилоту ощущение перегрузки, как на самолёте.

А ведь с "подушками" у Hoverpod немало общего. Скажем, гибкая юбка по периметру аппарата, в недрах которого спрятан большой вентилятор. Он опоясывает кабину.

Сразу возникает вопрос: почему выбран именно такой вентилятор – центробежный, с вертикальным расположением лопаток? Авторы конструкции приводят сразу несколько аргументов. Скажем, у вертолётного винта львиную долю подъёмной силы дают внешние части лопастей, поскольку самые ближние к валу движутся слишком медленно. А при вертикальном расположении лопаток вентилятора их линейная скорость одинакова на всём протяжении лопасти – расстояние-то от оси вращения одно и то же. Это, мол, позволяет получить приличный расход воздуха через систему при относительно малом размере лопастей, — объясняют инженеры.  К тому же вертикальное расположение лопаток заметно уменьшает диаметр аппарата, а значит, и его массу.

Подъёмную силу "Hoverpodа" создаёт не непосредственно вентилятор, а высокое давление, генерируемое под юбкой машины. Особенно сильно "давит" воздух в том месте, где он поворачивает от радиального направления к вертикальному. Ну и, добавим мы от себя, реактивная сила от ниспадающей струи тоже играет свою роль. При этом машина не является аппаратом на воздушной подушке, то есть не пользуется поддержкой земли. За управление машиной по всем осям отвечает система деформации юбки в разных направлениях. Внутри её края спрятаны приводы, заставляющие юбку менять геометрию.

Отклонение воздушного потока создаёт усилие, заставляющее машину ускоряться, наклоняться, тормозить или поворачивать (приложение 9).

Разработчики "Hoverpodа" подчёркивают простоту и безопасность машины. Последняя обеспечивается не только низкой высотой полёта, но и относительно низкой скоростью вращения вентилятора. Она подобрана так, что при внезапном разрушении какой-либо лопасти, её осколки не будут обладать достаточной скоростью, чтобы на вылет пробить ту самую юбку.

Максимальная же скорость полёта самой машины должна достичь 120 километров в час, а запас хода – 3 километра.

Как видим, пока это больше развлекательный аппарат, нежели серьёзное средство передвижения. Но австралийцы считают, что со временем параметры машины можно будет существенно улучшить.

Главное на данный момент – проверить саму концепцию. И тут у Entecho есть сильный козырь.

Миниатюрная беспилотная копия "Hoverpodа" – машинка под названием Mupod — уже летает.   Данная летающая тарелка работает на электричестве. На борту – литиево-ионные аккумуляторы и лёгкие электромоторы. Полёт её довольно тихий, сообщают австралийцы. Mupod может работать как в поле, так и в помещениях. Благо его диаметр (60 сантиметров при полностью раскрытой юбке) позволяет ему пролетать в дверные проёмы. Высота машинки составляет 30 сантиметров, а вес – 6 килограммов (фотографии и иллюстрации Entecho).

Богатый опыт членов команды Entecho в проектировании механизмов и машин, в моделировании прочностных характеристик деталей, в аэродинамике, накопленный ещё до создания фирмы, позволяет надеяться, что вслед за крошечным "Mupodом" и Hoverpod будет построен вживую .  Вероятно, он даже взлетит. Но вот насколько он окажется удобным и, главное, управляемым – покажут лишь испытания. Тем не менее эта летающая тарелка вполне может претендовать на место в ряду самых необычных транспортных средств.

Заключение.

Мы продолжаем быть оптимистами на счет будущих персональных полетов. От летающих автомобилей, коаксиальных летающих платформ, реактивных ранцев и до других рекреационных решений, полет фантазии дизайнеров просто поражает. Например, австралийская компания Entecho разработала прототип, который напоминает летающую тарелку и управляется направлением нисходящих воздушных потоков через ограждение воздушной подушки. Управление судном осуществляется с помощью джойстика.  

Компания Entecho построила две модели, используя технологию закрытого ротора. Первая модель маленькая непилотируемая диаметром 60 см, весит всего 5 кг. Вторая большая пилотируемая версия рассчитана 3 пассажиров, 2,7 м в диаметре и ограничена летать только в полутора метрах над землей, как и большинство суден на воздушной подушке.

Компания также разработала установочную систему наклона, которая позволяет судну на воздушной подушке наклоняться и отлаживать передачу динамической нагрузки в любом направлении, что делает данное транспортное средство интересным в плане отдыха.

Богатый опыт членов команды Entecho в проектировании механизмов и машин, в моделировании прочностных характеристик деталей, в аэродинамике, накопленный ещё до создания фирмы, позволяет надеяться, что вслед за крошечным "Mupodом" и Hoverpod будет построен вживую.

Вероятно, он даже взлетит. Но вот насколько он окажется удобным и, главное, управляемым – покажут лишь испытания.