Select The Post Label You Want To See 👇

Chuẩn bị cho việc khám phá sao Hỏa bằng máy bay không người lái

Tween xây dựng đường hầm gió để kiểm tra các bộ phận của xe trong các điều kiện dự kiến ​​trên Hành Tinh Đỏ

Chuẩn bị cho việc khám phá sao Hỏa bằng máy bay không người lái



James Fagan, 12 tuổi, ở Riverside, California, đã xây dựng một đường hầm gió có thể được sử dụng để thử nghiệm các mô hình quy mô của máy bay không người lái nhằm khám phá sao Hỏa (ý tưởng ở trên) trong điều kiện khí quyển thực tế.

WASHINGTON, DC - Các sứ mệnh đầu tiên lên Sao Hỏa đã thu thập dữ liệu khi bay qua hoặc quay quanh Hành tinh Đỏ. Sau đó là các nhiệm vụ với tàu đổ bộ và tàu thám hiểm . Một ngày nào đó, các cuộc thám hiểm - cho dù có mang theo phi hành đoàn con người hay không - có thể trinh sát hành tinh bằng cách sử dụng một số loại máy bay không người lái trên không. Và James Fagan, 12 tuổi, học tại Trường ảo Riverside ở Riverside, California, đã sẵn sàng cho điều đó. Anh ấy đã xây dựng một đường hầm gió đơn giản để thử nghiệm các phương tiện được thiết kế để bay trên sao Hỏa.

Chuẩn bị cho việc khám phá sao Hỏa bằng máy bay không người lái



James được nhìn thấy đang làm việc trong dự án đường hầm gió của mình.

Không ai chắc chắn một chiếc máy bay không người lái như vậy có thể trông như thế nào. Nó có thể là một tàu thăm dò nhỏ, giống như máy bay, có cánh và một cánh quạt. Hoặc nó có thể là một số thiết bị giống máy bay trực thăng được đẩy bởi một số cánh quạt. Dù thiết kế là gì, các kỹ sư sẽ cần phải kiểm tra bất kỳ thiết bị nào trong số này trong điều kiện thực tế trước khi đưa chúng lên Hành tinh Đỏ. Đặc biệt, các nhà nghiên cứu cần chứng minh rằng họ sẽ có thể ở trên cao trong bầu khí quyển mỏng, lạnh của sao Hỏa. Cách tốt nhất để kiểm tra đó là sử dụng đường hầm gió .

Một cơ sở như vậy thường lớn và đắt tiền. Nhưng cái mà James xây dựng thì không. Của anh ấy phù hợp với một bàn làm việc tại nhà. Kỹ sư trẻ đã trình diễn thiết kế của mình tại đây, vào tháng trước, tại cuộc thi Broadcom MASTERS thường niên lần thứ tám. Sự kiện này quy tụ 30 học sinh trung học cơ sở của Hoa Kỳ, mỗi năm, để giải quyết các thử thách đồng đội. (MASTERS là viết tắt của Math, Applied Science, Technology and Engineering for Rising Stars.) Chương trình được tạo ra bởi Hiệp hội Khoa học & Công chúng, tổ chức xuất bản Tin tức Khoa học cho Sinh viên và blog này. Quỹ Broadcom, có trụ sở chính tại Irvine, California, tài trợ cho sự kiện này.

Không giống như hầu hết các cuộc thi khoa học, chỉ khoảng 1/5 tổng điểm của thí sinh lọt vào chung kết dựa trên nghiên cứu đủ điều kiện mà người đó đã tham gia tại hội chợ khoa học năm trước. Phần còn lại của điểm số của các thí sinh đến từ sự sáng tạo mà họ đã thể hiện và họ đã làm việc tốt như thế nào với tư cách là một thành viên trong nhóm.

Thử nghiệm đường hầm gió

Các kỹ sư và nhà thiết kế thường sử dụng đường hầm gió để phân tích luồng không khí xung quanh các mô hình quy mô của phương tiện giao thông. Điều này cho phép họ đo lường mức độ sắp xếp hợp lý của các đối tượng đó. Điều đó có thể giúp mọi người ước tính xem máy bay hoặc tên lửa có thể bay tốt như thế nào. Nó cũng có thể giúp đánh giá loại tiết kiệm xăng mà ô tô hoặc máy bay trực thăng có thể nhận được.

James muốn trở thành kỹ sư hàng không vũ trụ. Và anh ấy luôn quan tâm đến sao Hỏa. Hai năm trước, anh ấy đã lọt vào vòng chung kết Broadcom MASTERS. Dự án của ông năm đó đã cố gắng tìm ra loại thiết kế cánh nào có thể cung cấp lực nâng lớn nhất trong không khí Sao Hỏa. James là một trong hai thí sinh năm 2016 giành được giải thưởng "Ngôi sao đang nổi". Năm nay, James đã xây dựng một đường hầm gió có thể giúp kiểm tra và xác minh các thiết kế cánh như vậy.

Hầu hết các đường hầm gió đều có thiết kế dòng chảy . Họ hút không khí ở một đầu của đường hầm và gửi nó ra ngoài. Nhưng để mô phỏng sao Hỏa, đường hầm gió của James cần phải khác. Áp suất không khí trên bề mặt Hành tinh Đỏ chỉ cao bằng khoảng 1% so với mực nước biển trên Trái đất. Ngoài ra, không khí chứa các loại khí khác nhau. Trên Trái đất, hơn 99% không khí được tạo thành từ nitơ và oxy. Trên sao Hỏa, khoảng 96% không khí là carbon dioxide, hoặc CO 2 . (Khí đó chỉ chiếm 0,04% không khí trên Trái đất.)

Để đảm bảo có thể duy trì các điều kiện giống như sao Hỏa bên trong đường hầm gió của mình, James đã xây dựng một hệ thống khép kín. Anh ta có thể bịt kín bộ ống lớn của nó khỏi bầu khí quyển của Trái đất. Bất cứ khi nào anh ta chạy thử, anh ta đều sử dụng máy bơm để hút toàn bộ không khí từ đường hầm của mình. Sau đó, anh ta bổ sung một lượng nhỏ CO 2 cho đến khi áp suất bên trong đường hầm của anh ta phù hợp với điều kiện trên sao Hỏa. Một chiếc quạt nhỏ kéo khí CO 2 đi qua phần thử nghiệm của đường hầm gió của anh ta. Đây là nơi anh ta thử nghiệm các mô hình cánh quy mô nhỏ và những loại tương tự.

James nói: “Đó là một viễn cảnh hấp dẫn khi tôi có thể mô phỏng bầu khí quyển của sao Hỏa trong đường hầm của mình.

Anh ấy đã chế tạo đường hầm của mình bằng cách sử dụng ống và phụ kiện PVC (polyvinyl clorua) mà anh ấy mua ở một cửa hàng sửa chữa nhà. Hầu hết các bộ phận có đường kính khoảng 7,6 cm (3 inch). Thành ống dày khoảng 0,5 cm (0,2 inch). Đó là một điều tốt: Nếu các bức tường mỏng hơn, James lưu ý, áp suất lớn hơn của bầu khí quyển Trái đất bên ngoài chúng có thể đè bẹp các đường ống.

James gặp phải một vài bất ngờ. Ví dụ, quạt dẫn không khí qua đường hầm quay với tốc độ 23.000 vòng / phút (vòng / phút) trong các thử nghiệm sử dụng các điều kiện giống như Trái đất. Nhưng khi James chạy thử nghiệm mô phỏng sao Hỏa bên trong đường hầm, chiếc quạt quay nhanh hơn 39%. Ông nghi ngờ rằng đó có thể là do áp suất không khí thấp hơn trong các cuộc kiểm tra đó.

Đối với một máy bay không người lái có kích thước đầy đủ trên sao Hỏa, những kết quả thử nghiệm này có thể là một tin tốt, James nói. Ví dụ, một chiếc máy bay không người lái có thể bay trên sao Hỏa với pin nhỏ hơn nhiều so với mức cần thiết trên Trái đất. Hoặc, các nhiệm vụ trinh sát của máy bay không người lái có thể bao phủ một khu vực rộng hơn mà không cần thêm nhiên liệu.

Thông tin thêm về các thuật ngữ được dùng trong khoa học vũ trụ:

trên không      của hoặc diễn ra trên không.

hàng không vũ trụ      Một lĩnh vực nghiên cứu dành cho việc nghiên cứu bầu khí quyển của Trái đất và không gian bên ngoài hoặc các máy bay di chuyển trong khí quyển và không gian.

áp suất không khí      Lực tác dụng bởi trọng lượng của các phân tử không khí.

bầu khí quyển      Vỏ chứa các chất khí bao quanh Trái đất hoặc hành tinh khác.

pin      Là thiết bị có thể chuyển hóa năng lượng thành điện năng.

Broadcom MASTERS      Được tạo ra vào năm 2011 bởi Hiệp hội Khoa học & Công cộng, Broadcom MASTERS (Toán học, Khoa học Ứng dụng, Công nghệ và Kỹ thuật Những Ngôi sao đang lên) là cuộc thi công bằng hàng đầu về khoa học và kỹ thuật dành cho lứa tuổi trung học cơ sở. Broadcom MASTERS International mang đến cho học sinh trung học cơ sở được chọn từ khắp nơi trên thế giới một cơ hội duy nhất để tham dự Hội chợ Khoa học & Kỹ thuật Quốc tế Intel.

cacbon      Nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử 6. Nó là cơ sở vật chất của mọi sự sống trên Trái đất. Carbon tồn tại tự do dưới dạng than chì và kim cương. Nó là một phần quan trọng của than đá, đá vôi và dầu mỏ, và có khả năng tự liên kết, về mặt hóa học, để tạo thành một số lượng lớn các phân tử quan trọng về mặt hóa học, sinh học và thương mại.

carbon dioxide (hoặc CO 2 ) Một chất khí không màu, không mùi được tạo ra bởi tất cả các loài động vật khi oxy chúng hít vào phản ứng với các loại thực phẩm giàu carbon mà chúng đã ăn. Carbon dioxide cũng được giải phóng khi chất hữu cơ cháy (bao gồm cả nhiên liệu hóa thạch như dầu hoặc khí đốt). Carbon dioxide hoạt động như một khí nhà kính, giữ nhiệt trong bầu khí quyển của Trái đất. Thực vật chuyển đổi carbon dioxide thành oxy trong quá trình quang hợp, quá trình chúng sử dụng để tạo ra thức ăn cho riêng mình.

đường kính      Là độ dài của một đường thẳng chạy qua tâm của một hình tròn hoặc vật thể hình cầu, bắt đầu ở cạnh ở một phía và kết thúc ở cạnh ở phía xa.

máy bay không người lái      Một máy bay hoặc tên lửa được điều khiển từ xa, không có người lái.

kỹ sư      Là người sử dụng khoa học để giải quyết vấn đề. Là một động từ, kỹ sư có nghĩa là thiết kế một thiết bị, vật liệu hoặc quy trình để giải quyết một số vấn đề hoặc nhu cầu chưa được đáp ứng.

thám hiểm      Một cuộc hành trình (thường là tương đối dài hoặc trên một khoảng cách rất xa) mà một nhóm người thực hiện cho một số mục đích xác định, chẳng hạn như để lập bản đồ đời sống thực vật của khu vực hoặc để nghiên cứu vi khí hậu địa phương.

gauge      Một thiết bị để đo kích thước hoặc khối lượng của một thứ gì đó. Ví dụ, máy đo thủy triều theo dõi độ cao luôn thay đổi của mực nước ven biển trong suốt cả ngày. Hoặc bất kỳ hệ thống hoặc sự kiện nào có thể được sử dụng để ước tính kích thước hoặc độ lớn của một thứ khác. (v. to gauge) Hành động đo lường hoặc ước tính kích thước của một thứ gì đó.

tàu đổ bộ      Một phương tiện nhỏ, đặc biệt được thiết kế để chở con người hoặc thiết bị khoa học giữa tàu vũ trụ và thiên thể mà họ sẽ khám phá.

nâng      Một lực hướng lên trên một vật. Nó có thể xảy ra khi một vật thể (chẳng hạn như một quả bóng bay) chứa đầy một chất khí có trọng lượng nhỏ hơn không khí; nó cũng có thể xảy ra khi vùng áp suất thấp xuất hiện phía trên một vật thể (chẳng hạn như cánh máy bay).

Sao Hỏa      Hành tinh thứ tư tính từ mặt trời, chỉ cách Trái đất một hành tinh. Giống như Trái đất, nó có các mùa và độ ẩm. Nhưng đường kính của nó chỉ lớn bằng một nửa Trái đất.

mô hình: Mô phỏng một sự kiện trong thế giới thực (thường sử dụng máy tính) đã được phát triển để dự đoán một hoặc nhiều kết quả có thể xảy ra. Hoặc một cá nhân được sử dụng để hiển thị cách một thứ gì đó sẽ hoạt động trong hoặc trông giống như những người khác.

nitơ      Là nguyên tố khí không màu, không mùi và không phản ứng, tạo thành khoảng 78% bầu khí quyển của Trái đất. Ký hiệu khoa học của nó là N. Nitơ được giải phóng dưới dạng các oxit nitơ khi nhiên liệu hóa thạch cháy.

oxy      Một loại khí chiếm khoảng 21 phần trăm bầu khí quyển của Trái đất. Tất cả các loài động vật và nhiều vi sinh vật cần oxy để cung cấp năng lượng cho sự phát triển (và trao đổi chất) của chúng.

polyvinyl clorua (PVC) Đây là một loại nhựa được hình thành bằng cách sử dụng nhiệt để biến nhựa lỏng thành rắn. Nhựa có thể mềm và dẻo hoặc cứng và cứng. Các thành phần thô chủ yếu bao gồm clo và cacbon.

áp suất      Lực tác dụng đồng nhất trên một bề mặt, được đo bằng lực trên một đơn vị diện tích.

Hành tinh Đỏ      Một biệt danh của sao Hỏa.

mực nước biển: Mức tổng thể của đại dương trên toàn cầu khi tất cả thủy triều và những thay đổi ngắn hạn khác được tính trung bình.

mô phỏng      Để đánh lừa theo một cách nào đó bằng cách bắt chước hình thức hoặc chức năng của một thứ gì đó. Ví dụ, một loại chất béo mô phỏng trong chế độ ăn uống có thể đánh lừa miệng rằng nó đã nếm được chất béo thực sự bởi vì nó có cùng cảm giác trên lưỡi - mà không có bất kỳ calo nào. Xúc giác mô phỏng có thể đánh lừa não bộ nghĩ rằng ngón tay đã chạm vào thứ gì đó mặc dù bàn tay có thể không còn tồn tại và đã được thay thế bằng một chi tổng hợp. (trong máy tính) Để thử và bắt chước các điều kiện, chức năng hoặc hình thức của một thứ gì đó. Các chương trình máy tính thực hiện điều này được gọi là mô phỏng.

verify      (n. xác minh) Để chứng minh hoặc xác nhận theo một cách nào đó rằng một tuyên bố hoặc nghi ngờ cụ thể là đúng.

đường hầm gió      Một cơ sở được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của không khí di chuyển qua các vật thể rắn, thường là các mô hình tỷ lệ của các vật thể có kích thước thật như máy bay và tên lửa. Các vật thể thường được bao phủ bởi các cảm biến đo các lực khí động học như lực nâng và lực cản. Ngoài ra, đôi khi các kỹ sư bơm những luồng khói cực nhỏ vào đường hầm gió để luồng không khí đi qua vật thể có thể nhìn thấy được.
Mới hơn Cũ hơn