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直升机在火星上能飞得动吗?

北极蚊子 2018-5-24 15:53

火星探测又有新动向了!这一次是火星探测车2020,它会携带一架小型无人旋翼机前往火星。

一架小型无人旋翼机。图片来源:NASA

其实,人类已经对火星开展了几十次无人探索任务,研究了火星的大气和表面。其中包括、机遇号、火星轨道探测器、火星勘测轨道飞行器、火星大气与挥发物演化轨道器以及已经出发尚未到达的着陆器。

而在未来的10年中,还有许多任务正在规划。

助攻直升机

火星2020探测车任务就在其中。它的设计源于好奇号火星车,不过会搭载不同的科学载荷。NASA在最近发布的一份声明中说,随着火星2020一同前往火星的,还有一台火星直升机。这是一架小型的自主旋翼机,能够验证在火星上投放重于空气的飞行器的可行性和潜力。

NASA局长吉姆·布莱登斯汀认为,这种旋翼飞机符合NASA一直以来的创新传统。“NASA有着骄人的历史,”他说,“让地球制造的直升机在另一颗行星上空飞行,这种想法令人兴奋。火星直升机可以为我们未来的火星科学、发现和探索任务带来很大的希望。”

火星2020探测车的艺术概念图。图片来源:NASA

火星直升机始于NASA喷气推进实验室的一个技术开发项目。在过去的4年里,这个实验室一直在对它进行设计、开发和反复测试,终于制造出一架质量不到1.8千克、只有足球大小的旋翼机。它可以依靠两个反转叶片以近3000转/分的速度旋转,这是地球直升机旋翼转速的10倍。

JPL火星直升机项目主管米米·昂指出,“地球上直升机飞行的最高纪录大约是12000米,而火星的大气层厚度只有地球的1/100,当直升机在火星表面飞行时,相当于处在地球上的30000米高度。为了让直升机在低密度大气里也可以飞行,我们必须仔细检查一切,让直升机尽可能轻便,同时也尽可能坚固。”

火星2020天空起重机着陆系统的的模拟图。图片来源:NASA

火星大气的平均地面压力约为地球海平面的0.6%,这样的直升机非常适合在这种稀薄的大气层中活动。

它不但能够增加火星车的探测范围,还可以探测火星车无法到达的地区。NASA科学任务委员会副主管托马斯·泽巴辰说,“这体现了科学与技术创新的完美结合。在莱特兄弟之后,另一批美国先驱或许会证明,人类在另外一颗行星上也可以进行持续可控的动力飞行。”

火星直升机可以帮助火星车扩大探测区域,并探查火星车无法前往的地带。图片来源:NASA

火星直升机的其他优化还包括锂离子电池,给电池充电的太阳能板,以及能在火星的夜晚中为机器保温的加热机制。在火星中纬度地区,夜晚的气温可以低至-63℃。

此外,直升机的程序设置为自主飞行,因为考虑到火星与地球的距离,实时操纵飞行是不可能做到的。

这些命令将由地球上的控制员发出,而火星车作为命令的中转站,指示直升机在完成部署后开始飞行。

2021的憧憬

火星2020的挖掘部分模拟图。图片来源:S

火星车和直升机预计将在2021年2月抵达火星,直升机将附着在火星车底部,直到火星车选择合适的地点将它释放到地面上。

在完成对电池充电和一系列飞行前测试后,地球上的控制者将向火星直升机发出命令,启动其首次为期30天的测试飞行,包括5次起落,最长90秒,最远长达几百米,离火星车越来越远。

在它的首次飞行中,直升机会垂直爬升到3米,并盘旋约30秒。在完成这些测试后,火星直升机会协助火星车进行地质评估,并确定其着陆视野范围内的可居住型。这样做的目的是寻找火星上的古老生命迹象,并评估未来的载人探险任务可能用到的自然资源和可能面临的灾害风险。

在泰坦上使用直升机进行探测任务的艺术概念图。图片来源:NASA

而火星车会首次在火星采集岩石和土壤的样本,将它们封装在密封管内,留在火星上以供未来的宇航员取回。

如果一切顺利,火星直升机可以证明在未来的任何任务里,低空飞行的“侦察兵”都可以起到大作用。这些任务可能包括对土星最大的卫星泰坦开展的机器人探索任务,研究人员希望利用直升机探测其地表和大气。

我们期待火星2020任务能够揭示这颗红色星球更多有趣的事情。如果直升机的方式被证明可行,我们就可以得到传统火星车无法获得的更多信息和图像。

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