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今天機智號首飛,關于 NASA 機智號火星直升機,你不得不知道的 6 件事

在上面的藝術概念圖中,在 NASA 的毅力號火星車(圖中左側部分可見)駛離后,機智號火星直升機矗立于火星表面。

圖片來源:NASA/ 加州理工 - 噴氣推進實驗室

由于命令序列和軟件測試問題,機智號的首飛測試已再次推遲,目前暫定于北京時間 4 月 19 日下午 15:30 進行,首次試飛的數據將在飛行后數小時內返回地球,如順利試飛,NASA 將在北京時間 4 月 19 日傍晚 18:15 進行直播。

作為第一架嘗試在地球以外星球上飛行的飛機,機智號火星直升機(Ingenuity Mars Helicopter)可以說是一個工程學奇跡,不如跟隨機智號團隊的科學家和工程師,了解機智號飛行計劃的一些關鍵知識。

在 2020 年夏天,美國航空航天局(NASA)的火星 2020(Mars 2020)毅力號(Perseverance)火星車從佛羅里達州的卡納維拉爾角空軍基地(Cape Canaveral Air Force Station)發射升空,而它將一項創新實驗帶上了火星,那就是機智號火星直升機。雖說機智號的體重大約只有 4 磅(1.8 公斤),但它卻 " 心比天高 "。

" 利用一臺實驗飛機,萊特兄弟向我們展示了在地球大氣中進行動力飛行的可行性," 機智號的首席飛行員、NASA 噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的霍爾瓦 · 格里普(Håvard Grip)說道," 而利用機智號,我們也正在嘗試在火星上做同樣的事情。"

關于第一架前往另一顆星球的直升飛機,有 6 件你不得不知道的事:

1、機智號是一架測試飛機。

機智號任務是一次所謂的技術演示,也就是一個試圖在有限的范圍內對新功能進行首次測試的項目。在此之前的突破性技術演示包括火星探路者號(Mars Pathfinder)探測器攜帶的旅居者號(Sojourner)火星車,以及在 2018 年飛越火星的小型的火星立方星一號(Mars Cube One,MarCO)。

機智號擁有 4 個特制的碳纖維葉片,排列成 2 個轉子,它們旋轉的方向相反,旋轉速度大約為 2400 轉 / 分,比地球上客用直升機葉片的旋轉速度快上了許多倍。它還擁有創新的太陽能電池、電池和其他組件。機智號上并沒有攜帶科學儀器,是一個與火星 2020 毅力號火星車分開進行的實驗。

2、機智號將是第一架嘗試在另一顆星球上進行控制飛行的飛機。

NASA 的機智號火星直升機將在另一顆星球上進行有史以來的首次動力試飛。去年夏天,它隨 NASA 火星 2020 毅力號火星車一同從卡納維拉爾角空軍基地發射,并于北京時間 2021 年 2 月 19 日著陸火星。

視頻來源:NASA/ 加州理工 - 噴氣推進實驗室

字幕制作:哇喳

直升機為什么難以在火星上飛行?其中一個原因就是火星的大氣過于稀薄,直升機難以獲得足夠的升力。由于火星大氣的密度比地球低上了 99%,因此機智號必須非常輕巧,相比地球上同等質量的直升機,機智號的轉子葉片要更大,葉片的轉速也要快得多。

毅力號的著陸地點杰澤羅隕石坑(Jezero Crater)的天氣可能會寒冷刺骨,在夜里,隕石坑的溫度會下降到零下 130 華氏度(零下 90 攝氏度)。雖說機智號團隊已經在地球上對直升機進行了等同于火星溫度下的測試,并認為它應該能按預期在火星上正常工作,但實際情況下,低溫會將機智號的許多零件逼近設計極限。

此外,噴氣推進實驗室的飛行控制器將無法使用操縱桿控制直升機,而在行星際距離上對航天器進行控制操作,通信延遲是一個難以避免的固有問題:相關的指令必須在合適的時候提前發送,而工程數據也會在每一步執行后很久才會從航天器返回。任務期間,機智號將擁有很多自主權,可以自行決定以何種方式飛向下一個停駐點,以及如何并維持溫暖不被凍壞。

3、機智號對于機器人來說是一個非常合適的名字,它代表著極富創造力的產物。

一開始," 機智號 " 這個名字是火星 2020 漫游車的名字備選,由來自阿拉巴馬州諾斯波特的高中生瓦尼婭 · 魯帕尼(Vanija Rupani)提出,雖然火星車最后被命名 " 毅力號 ",但鑒于直升機團隊對在另一顆星球飛行所付諸的努力和創造性想法,NASA 官員認為 " 機智號 " 對直升機來說是一個非常合適的名字。

" 為克服行星際旅行的挑戰而努力工作的人們,他們的機智與才華讓我們所有人都能體驗到太空探索的奇跡," 魯帕尼寫道," 機智號的意義就在于,讓人們能夠完成看似不可能的驚喜。"

2021 年 2 月,NASA 的火星 2020 毅力號漫游車和 NASA 的機智號火星直升機(在圖片中均為藝術概念圖)成為了 NASA 在火星上最新的兩個探險者,兩者的命名均來自短文競賽中的獲選學生。

圖片來源:NASA/ 加州理工 - 噴氣推進實驗室

4、獨創性已經證明了工程學的多個壯舉。

在 2014 年至 2019 年一步步謹慎的試驗中,噴氣推進實驗室的工程師證明,我們是有可能制造出重量輕、能在火星稀薄的大氣層中產生足夠升力、還能在類似火星的環境中生存的飛機的;他們在噴氣推進實驗室的特殊空間模擬器中逐步測試了更高級的模型;2019 年 1 月,與毅力號一同飛往紅色星球的那一架實際的直升機通過了最終飛行評估。這些里程碑中的任何一個如果失敗了,都將讓實驗打回原形。

5、機智號團隊將一步一步細數所取得的成功。

鑒于機智號將完成多個 " 史上首次 " 的壯舉,在 2021 年春季直升機可以正式起飛和著陸之前,機智號團隊將面臨一系列里程碑式的操作,他們會在每一次成功后相互鼓勵慶祝。這些里程碑包括:

從卡納維拉爾角發射升空,航行至火星,并降落在紅色星球上;

從毅力號的腹部位置安全部署到火星表面;

在極度寒冷的火星夜晚中自主地維持溫暖;

自主地通過太陽能電池板給自己充電;

然后,機智號將嘗試進行首次飛行。

如果直升飛機在第一次飛行中成功了,機智號團隊將在 30 個火星日(約合 31 個地球日)的窗口期內嘗試進行多達 4 次另外的測試飛行。

6、如果機智號任務取得了成功,未來的火星探索可能會包括宏偉壯志的空中探索。

當 NASA 的機智號火星直升機嘗試在紅色星球上進行首次飛行時,正如上面的藝術概念圖所示,NASA 的火星 2020 毅力號漫游車將在附近。

圖片來源:NASA/ 加州理工 - 噴氣推進實驗室

機智號任務的目的在于演示在火星大氣中飛行所需的技術。如果任務成功完成,這些技術將讓未來的機器和人類火星探索任務中,也能加上其他先進的機器飛行器。相比目前在火星高空飛行的軌道探測器和火星表面上行駛的漫游車和著陸器,這些飛行器或許能為我們提供這兩類探測器所無法提供的獨特視角,為機器或人類提供高清圖像和偵察數據,還可以訪問漫游車難以到達的火星地形。

" 機智號團隊已經完成了能在地球上進行的一切直升機測試工作,我們期待著在真實的火星環境中進行飛行試驗," 噴氣推進實驗室的機智號項目主管米米 · 昂(MiMi Aung)表示," 我們將不斷地學習,以求獲得我們心向往之的終極回報,那就是能在未來探索其他世界的方式中增加一個全新的維度。"

NASA 的機智號火星直升機在紅色星球上空飛行的藝術概念圖。

圖片來源:NASA/ 加州理工 - 噴氣推進實驗室

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