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大气密度不足地球1% NASA的火星直升机能成功吗?

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澎湃新闻记者 虞涵棋

1903年,莱特兄弟试飞了地球上第一架飞机。但火星的稀薄大气不足地球1%,是否也能托起人类的飞行梦?

这个问题的答案,将在明年春天揭晓。今晚美国国家航空航天局(NASA)发射升空的“毅力号”火星车带着一位不同寻常的小伙伴:“灵巧号”(Ingenuity)火星直升机。机如其名,只有1.8公斤重,却有壮志凌云。

“灵巧号”(Ingenuity)火星直升机

1、“灵巧号”是一次飞行试验

“灵巧号”不携带科学仪器,是一个独立试验,将在有限范围内进行技术演示。它的方形机身装有电脑、相机、电池等,大小为20×16×14厘米。此外,直升机配有1架天线、太阳能板、着陆支腿和2个旋翼。四片特制的碳纤维叶片组成两个转子,能以约2400转/分的转速反响旋转,比地球上的客运直升机快上很多倍。

2、“灵巧号”将是首架尝试在外星上进行飞行控制的飞机

为什么直升机难以在火星上飞行?第一,火星大气很稀薄,密度比地球大气层低99%,直升机很难获得足够的升力。因此,“灵巧号”必须做得很轻,旋翼桨叶做得更大,转速也更快。

第二,“毅力号”火星车的目标登陆点是杰泽罗陨石坑,那里的夜晚冰冷刺骨,可到零下90摄氏度。低温推高了对直升机的部件设计要求。

第三,“灵巧号”是无人飞行,工程师需要提前发送命令,而数据会延迟很长一段时间才反馈回地球。在这中间,直升机需要自主决定如何飞到指定地点,并且给自身保温。

3、“灵巧号”本来是火星车的候选名字

“灵巧号”这个名字来自阿拉巴马州的高中生Vaneeza Rupani,原本是火星车的提名。NASA最终挑中了 “毅力号”,但认为“灵巧号”配直升机绝妙,因为该团队在研发时采用了大量创造性巧思。

4、“灵巧号”已经是个工程学杰作

从2014到2019年,喷气推进实验室(JPL)的工程师们通过特殊空间模拟器逐步改进模型,最终证明有可能制造出一种轻型直升机,能在火星稀薄大气中产生足够升力并耐受火星环境。

2019年1月,火星直升机通过了最终的飞行评测。

5、“灵巧号”一步一打卡

在2021年春天尝试起飞和降落之前,“灵巧号”还有一连串里程碑要打卡,每一步都值得庆祝。这些节点包括:

火星车从卡纳维拉尔角发射升空,飞向火星,着陆火星;

火星车放下保护直升机的防护罩,驶入选定的机场(一块10×10米的平地);

从“毅力号”的肚子里(在火星车上找到个“停机位”可不容易)下降13厘米,安全落到火星表面;

在火星寒夜里自主保暖;

用太阳能电池自主充电;

最后,“灵巧号”将尝试起飞。如果一次试飞成功,“灵巧号”还会在30个火星日窗口内尝试额外4次飞行试验。

6、火星飞行的远大前景

如果成功,“灵巧号”演示的飞行技术将为未来火星探测任务纳入更先进的飞行器做铺垫。这些飞行器可以提供不同于高空轨道器和地面漫游车的全新视角,为机器人或人类提供高清图像,并能进入火星车难以触及的地形。

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