Про марсианский вертолёт

Все, наверное, уже знают, что не так давно произошло знаковое событие: первый полёт в атмосфере другой планеты. Но, как я обнаружил, многие удивляются - как вообще вертолёт смог полететь на Марсе, где плотность этой самой атмосферы составляет всего 1% от земной? Ответ очень прост: гладиолус! Ну, а теперь чуть подробнее.

Воздушный винт работает по тем же самым принципам, что и крыло, то есть создаёт тягу за счёт набегающего потока воздуха. Ключевая разница в том, что все точки крыла движутся с одной и той же скоростью, если самолёт не маневрирует, в то время как винт вращается - это, в свою очередь, означает, что скорость каждой его точки зависит от расстояния до оси вращения. И, соответственно, требует несколько иного подхода, хотя базовые формулы аэродинамики те же самые. Вот главная (в упрощённом виде с эмпирическим коэффициентом, чтобы не смущать вас интегралами по контуру):

Здесь ρ - плотность газа, V - скорость, S - характерная площадь крыла, Cy - эмпирический коэффиент, зависящий от угла атаки. Так как винт у нас один и тот же с одним и тем же (в общем случае) углом атаки, площадь и коэффициент можно выкинуть. Далее смотрим: плотность атмосферы Марса - 0,02 кг/м³, а Земли у поверхности - 1,225 кг/м³, т. е. плотность атмосферы Марса составляет 1,6% от земной. Соответственно, подъёмная сила получится такой же, и чтобы снова увеличить её, надо увеличить скорость. Но - ba-dum-tass! - скорость-то у нас в квадрате. И чтобы вернуть значение подъёмной силы к земному, достаточно будет увеличить скорость всего в 7,83 раза. Для крыла это значило бы увеличение скорости аппарата, для винта - увеличение угловой скорости; в этом главная разница.

Другими словами, винт должен крутиться в 7,83 раза быстрее, чтобы вертолёт смог взлететь в такой разрежённой атмосфере. Это без учёта марсианской гравитации, которая уменьшает значение необходимой подъёмной силы.

У большинства вертолётов частота вращения несущего винта составляет 200-350 оборотов в минуту. У Ingenuity по официальным данным - 2400 оборотов в минуту, что примерно в 8 раз выше среднего значения для земных вертолётов. Учитывая разрежённость марсианской атмосферы, добиться такой частоты не так уж сложно. 

Надеюсь, теперь у вас вопросов не осталось.