关于NASA机智号火星直升机的6件事『太空科普』

2021-04-14 16:24来源： 国家空间科学中心

　　据报道，美国NASA毅力号火星车携带的机智号直升机（Ingenuity）将于近日在火星表面进行首次飞行（目前已经到达起飞停泊点）。这是一项人类的科技突破，其独创性体现在于火星上进行首次旋转翼直升机动力控制飞行。

　　这架直升飞机在地球上重约4磅（1.8千克），机身大小和纸巾盒差不多，是6年前开始研制的，试验的意义毋庸置疑。位于南加州的NASA喷气推进实验室的工程师们知道，在火星稀薄的大气环境中理论上是可以飞行的，但是没人能确定他们是否能够制造出，既可以在其质量的极端限制下实现自主升力飞行，同时还能抗得住火星“至寒”夜晚的直升机。

　　在研制过程中，该团队已经在“向地测试”中证明了其可以在类似火星的环境中飞行。现在，他们的眼光已经聚焦火星，聚焦机智号直升机，准备在火星的实际环境中测试机智号的实用功能。

　　南加州国家航空航天局喷气推进实验室机智号直升机首席地面飞行员哈瓦德·格里普（HåvardGrip）说：“历史上，莱特兄弟展示了使用实验飞机可以在地球大气层中进行动力飞行，现在，凭借独创性，我们正试图在火星表面做同样的事情。”

　　关于第一架在火星起飞的直升机，您应该了解以下六件事：

　　01

　　是一次独创性的飞行测试

　　独创性的定义就是所谓的第一次实现的技术演示，即一个试图在有限范围内首次测试新功能的项目。之前的独创性突破性技术演示包括火星探路者火星探测器（Sojourner）和2018年由火星飞过的微型火星立方一号（MarCO）。

　　机智号具有四个特制的碳纤维叶片，排列成两个转子，它们以相反的方向以2400 rpm的速度旋转，这比地球上的直升机要快许多倍。它还具有创新的太阳能电池，电池和其他组件。独创性的直升机试验是与毅力号火星车分开进行的试验。其试验目标是进行工程设计：展示旋翼飞机在火星极薄的大气层中飞行（该大气层仅占地球大气层密度的1％）。机智号在30天的演示窗口内，最多会尝试5次试飞。

　　02

　　机智号将是首架尝试在另一个星球上进行受控飞行的直升机

　　是什么使直升机难以在火星上飞行？一方面，火星稀薄的大气使得直升机难以获得足够的升力。由于火星大气层的密度比地球大气密度低99％，因此机智号必须轻巧，转子叶片要比其在地球上所需的转子叶片更大，旋转速度也要快得多。同时，火星在毅力号的降落点夜间温度可低至零下90摄氏度，低温将抬高机智号使用的现成零件的原始设计极限。在这个温度下的地面测试虽然表明各部件均没问题，但该团队期待在火星上进行真正的测试。

　　此外，喷气推进实验室的飞行控制器将无法使用遥测信号控制直升机。通信延迟使得控制指令须提前发送，火星车返回的工程数据也是一样。同时机智号将拥有很多自主权，可以自行决定如何飞向某个路点并保持温度。

　　03

　　机智号是一个合适的名字，它是极富创造力的结果

　　阿拉巴马州诺斯波特的高中生鲁帕尼最初为2020年火星车提交了Ingenuity的名字，后来火星车被命名为毅力号Perseverance，但是鉴于Ingenuity这个名字的创造性思维体现，NASA认为这个名字可以用在直升机上。于是，机智号直升机（Ingenuity）的名字就这么确定了。

　　鲁帕尼写道：“为克服星际旅行的挑战而努力工作的人的才智和才华，使我们所有人都能体验到太空探索的奇迹。” “机智号使人们能够完成令人惊奇的事情。”

　　04

　　机智号证明了工程学的伟大

　　在2014年至2019年的艰苦谨慎的摸索过程中，喷气推进实验室的工程师证明，有可能制造出重量较轻，能够在火星稀薄的大气层中产生足够升力，并能够在类似火星的环境中生存的飞机。他们在实验室的特殊空间模拟器中逐步测试了更高级的模型。在2019年1月，机智号直升机通过了最终飞行评估。

　　05

　　机智号团队将一步一个脚印地计算成功

　　鉴于机智号力争做到的独创性的第一，在这次试验中，制定了一系列周密的里程碑事件，包括：

　　从卡纳维拉尔角（Cape Canaveral）发射升空，飞行至火星，并降落。

　　从毅力号的腹部安全地部署到地面 。

　　度过极度寒冷的火星夜晚，能自动保持温度。

　　通过太阳能电池板自动充电。

　　飞行。

　　再次飞行。

　　这些里程碑中的任何一个失败，都有可能中止这次即将进行的试验。

　　06

　　如果这次获得成功，未来的火星探索可能会包括雄心勃勃的火星空中探索

　　本次试验旨在演示在火星大气层飞行所需的技术。如果成功，这些技术将使其他先进的机器人飞行器成为可能。这些飞行器可能会出现在未来的火星机器人和人类深空探测任务中。它们可以提供当前高空飞行的轨道飞行器或地面上的火星车和着陆器无法提供的独特视点，可以为机器人或人类提供高清图像和侦察，并可以访问火星车难以到达的地形。

　　未来的火星直升飞机甚至可以帮助将重要的有效载荷从一个地点运送到另一个地点。

　　来源：我们的太空