今天机智号首飞,关于NASA机智号火星直升机,你不得不知道的6件事

在上面的艺术概念图中,在NASA毅力号火星车(图中左侧部分可见)驶离后,机智号火星直升机矗立于火星表面
图片来源:NASA/加州理工-喷气推进实验室

由于命令序列和软件测试问题,机智号的首飞测试已再次推迟,目前暂定于北京时间4月19日下午15:30进行,首次试飞的数据将在飞行后数小时内返回地球,如顺利试飞,NASA将在北京时间4月19日傍晚18:15进行直播。

作为第一架尝试在地球以外星球上飞行的飞机,机智号火星直升机(Ingenuity Mars Helicopter)可以说是一个工程学奇迹,不如跟随机智号团队的科学家和工程师,了解机智号飞行计划的一些关键知识。

在2020年夏天,美国航空航天局(NASA)的火星2020Mars 2020)毅力号(Perseverance)火星车佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地(Cape Canaveral Air Force Station)发射升空,而它将一项创新实验带上了火星,那就是机智号火星直升机。虽说机智号的体重约只有4磅(1.8公斤),但它却“心比天高”。

“利用一台实验飞机,莱特兄弟向我们展示了在地球大气中进行动力飞行的可行性,”机智号的首席飞行员、NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)的霍尔瓦·格里普(Håvard Grip)说道,“而利用机智号,我们也正在尝试在火星上做同样的事情。”

关于第一架前往另一颗星球的直升飞机,有6件你不得不知道的事:

1、机智号是一架测试飞机。

机智号任务是一次所谓的技术演示,也就是一个试图在有限的范围内对新功能进行首次测试的项目。在此之前的突破性技术演示包括火星探路者号(Mars Pathfinder)探测器携带的旅居者号(Sojourner)火星车,以及在2018年飞越火星的小型的火星立方星一号(Mars Cube One,MarCO)。

机智号拥有4个特制的碳纤维叶片,排列成2个转子,它们旋转的方向相反,旋转速度大约为2400转/分,比地球上客用直升机叶片的旋转速度快上了许多倍。它还拥有创新的太阳能电池、电池和其他组件。机智号上并没有携带科学仪器,是一个与火星2020毅力号火星车分开进行的实验。

2、机智号将是第一架尝试在另一颗星球上进行控制飞行的飞机。

NASA的机智号火星直升机将在另一颗星球上进行有史以来的首次动力试飞。去年夏天,它随NASA火星2020毅力号火星车一同从卡纳维拉尔角空军基地发射,并于北京时间2021年2月19日着陆火星。
视频来源:NASA/加州理工-喷气推进实验室

直升机为什么难以在火星上飞行?其中一个原因就是火星的大气过于稀薄,直升机难以获得足够的升力。由于火星大气的密度比地球低上了99%,因此机智号必须非常轻巧,相比地球上同等质量的直升机,机智号的转子叶片要更大,叶片的转速也要快得多。

毅力号的着陆地点杰泽罗陨石坑(Jezero Crater)的天气可能会寒冷刺骨,在夜里,陨石坑温度会下降到零下130华氏度(零下90摄氏度)。虽说机智号团队已经在地球上对直升机进行了等同于火星温度下的测试,并认为它应该能按预期在火星上正常工作,但实际情况下,低温会将机智号的许多零件逼近设计极限。

此外,喷气推进实验室的飞行控制器将无法使用操纵杆控制直升机,而在行星距离上对航天器进行控制操作,通信延迟是一个难以避免的固有问题:相关的指令必须在合适的时候提前发送,而工程数据也会在每一步执行后很久才会从航天器返回。任务期间,机智号将拥有很多自主权,可以自行决定以何种方式飞向下一个停驻点,以及如何并维持温暖不被冻坏。

3、机智号对于机器人来说是一个非常合适的名字,它代表着极富创造力的产物。

一开始,“机智号”这个名字是火星2020漫游车的名字备选,由来自阿拉巴马州诺斯波特的高中生瓦尼娅·鲁帕尼(Vanija Rupani)提出,虽然火星车最后被命名“毅力号”,但鉴于直升机团队对在另一颗星球飞行所付诸的努力和创造性想法,NASA官员认为“机智号”对直升机来说是一个非常合适的名字。

“为克服行星际旅行的挑战而努力工作的人们,他们的机智与才华让我们所有人都能体验到太空探索的奇迹,”鲁帕尼写道,“机智号的意义就在于,让人们能够完成看似不可能的惊喜。”

今天机智号首飞,关于NASA机智号火星直升机,你不得不知道的6件事

2021年2月,NASA的火星2020毅力号漫游车和NASA的机智号火星直升机(在图片中均为艺术概念图)成为了NASA在火星上最新的两个探险者,两者的命名均来自短文竞赛中的获选学生。
图片来源:NASA/加州理工-喷气推进实验室

4、独创性已经证明了工程学的多个壮举。

在2014年至2019年一步步谨慎的试验中,喷气推进实验室的工程师证明,我们是有可能制造出重量轻、能在火星稀薄的大气层中产生足够升力、还能在类似火星的环境中生存的飞机的;他们在喷气推进实验室的特殊空间模拟器中逐步测试了更高级的模型;2019年1月,与毅力号一同飞往红色星球的那一架实际的直升机通过了最终飞行评估。这些里程碑中的任何一个如果失败了,都将让实验打回原形。

5、机智号团队将一步一步细数所取得的成功。

鉴于机智号将完成多个“史上首次”的壮举,在2021年春季直升机可以正式起飞和着陆之前,机智号团队将面临一系列里程碑式的操作,他们会在每一次成功后相互鼓励庆祝。这些里程碑包括:

从卡纳维拉尔角发射升空,航行至火星,并降落在红色星球上;
从毅力号的腹部位置安全部署到火星表面;
在极度寒冷的火星夜晚中自主地维持温暖;
自主地通过太阳能电池板给自己充电;
然后,机智号将尝试进行首次飞行。

如果直升飞机在第一次飞行中成功了,机智号团队将在30个火星日(约合31个地球日)的窗口期内尝试进行多达4次另外的测试飞行。

6、如果机智号任务取得了成功,未来的火星探索可能会包括宏伟壮志的空中探索。

今天机智号首飞,关于NASA机智号火星直升机,你不得不知道的6件事

当NASA的机智号火星直升机尝试在红色星球上进行首次飞行时,正如上面的艺术概念图所示,NASA的火星2020毅力号漫游车将在附近。
图片来源:NASA/加州理工-喷气推进实验室

机智号任务的目的在于演示在火星大气中飞行所需的技术。如果任务成功完成,这些技术将让未来的机器和人类火星探索任务中,也能加上其他先进的机器飞行器。相比目前在火星高空飞行的轨道探测器和火星表面上行驶的漫游车和着陆器,这些飞行器或许能为我们提供这两类探测器所无法提供的独特视角,为机器或人类提供高清图像和侦察数据,还可以访问漫游车难以到达的火星地形。

“机智号团队已经完成了能在地球上进行的一切直升机测试工作,我们期待着在真实的火星环境中进行飞行试验,”喷气推进实验室的机智号项目主管米米·昂(MiMi Aung)表示,“我们将不断地学习,以求获得我们心向往之的终极回报,那就是能在未来探索其他世界的方式中增加一个全新的维度。”

今天机智号首飞,关于NASA机智号火星直升机,你不得不知道的6件事

NASA的机智号火星直升机在红色星球上空飞行的艺术概念图。
图片来源:NASA/加州理工-喷气推进实验室

想了解机智号的更多相关信息,请访问毅力号发射的新闻资料合集:

https://go.nasa.gov/perseverance-launch-press-kit

也可以访问机智号的网页:

https://mars.nasa.gov/technology/helicopter

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/6-things-to-know-about-nasas-ingenuity-mars-helicopter

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-to-attempt-first-controlled-flight-on-mars-as-soon-as-monday

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