人類直升機首次成功喺火星上空飛行，一文認識本次試飛嘅方方面面

轉載：本文來自騰訊科技，作者：喬輝，轉載經授權發布。

北京時間4月19日18點55分左右，NASA宣布人類直升機首次喺火星試飛成功。這架名為“機智”號（Ingenuity）嘅小型直升機是之前跟隨NASA毅力號火星車一同抵達火星嘅。

機智號僅重1.8公斤，高0.5米，由兩個反向旋轉嘅旋翼提供升力。旋翼由碳纖維製成，直徑達1.2米，驅動電機功率350瓦。機智號嘅主要目的是進行技術驗證，驗證人類採用飛行探測地外星球嘅全新技術。

據悉，機智號上還攜帶‌一小塊當年萊特兄弟製造嘅第一架飛機上嘅布料，以紀念和致敬人類實現首次可控動力飛行。機智號算是人類飛行器喺火星上嘅首次可控動力飛行，具有類似嘅重要歷史意義。

一、直升機喺火星上點樣飛行？

從2014年到2019年，NASA噴氣推進實驗室嘅科學家和工程師喺地面模擬‌火星大氣和引力場嘅實驗條件，經過反覆模擬飛行實驗，最終製造‌這架能夠喺火星稀薄大氣和低溫環境中飛行嘅小直升機。

我哋知道，火星嘅表面引力約相當於地球嘅三分之一，從這點睇有利於飛行器飛行，但是火星嘅氣壓只有地球氣壓嘅1%，空氣非常稀薄，因此要求旋翼轉動得更快才行。機智號直升機旋翼旋轉角速度可達2400轉每分鐘。其水平移動嘅速度為10米每秒，爬升速度為3米每秒。

這架小直升機靠頂部嘅太陽能板進行充電，電能儲存喺鋰離子電池中。充電一日，大概能夠飛行90秒！據悉，為咗安全起見，本次試飛嘅高度僅為3米，飛行距離50米，飛行時長控制喺40秒左右。

圖注：機智號嘅飛行區域（橢圓形）。

喺機智號試飛期間，毅力號火星車像是送孩子去幼兒園嘅家長一樣，喺距離大約100米嘅地方默默守望，為機智號拍照拍視頻。

圖注：毅力號上搭載嘅相機進行嘅自拍，可見遠處嘅機智號小直升機。

按照之前安排嘅飛行計劃，機智號喺接下來嘅一個月嘅時間里還將進行5次試飛。任務結束后，毅力號將“拋棄”機智號直升機，繼續前往遠方開展尋找火星遠古生命跡象嘅任務。

機智號安裝有一個彩色相機和一個黑白相機，佢無辦法直接和地球聯絡，要通過毅力號火星車進行信息接力傳輸，因此，唔可以飛離毅力號太遠，最遠航程僅300米，最遠通訊距離為1公里。

其實，本次火星直升機項目主要是為咗進行技術驗證，並沒有賦予太多任務使命。火星直升機比軌道上嘅人造衛星分辨率更高，而且比火星車更加靈活，機動性更強。

二、機智號直升機是點樣乘坐順風車去火星嘅？

前面我哋提到，機智號只有1.8公斤，體型非常嬌小，喺發射嘅時候，佢是被安放喺毅力號火星車嘅腹部（底部）嘅一個小空間里。毅力號抵達火星后，當搵到適合嘅地點嘅時候，先將機智號放置喺火星表面，等待好天氣待命起飛。

圖注：NASA工程師正喺測試機智號安裝喺毅力號底部。

圖注：毅力號底部凸起嘅小盒子里放置住機智號（實拍）。

圖注：蓋子打開，可見還處於摺疊狀態嘅機智號（實拍）。

圖注：機智號兩條腿下放到火星表面（實拍）。

圖注：機智號完全站立喺火星上（實拍）。

三、機智號喺火星上臨乜嘢樣嘅環境？

前段時間，我國北方地區遭遇到‌廣泛嘅沙塵暴天氣，感覺像是到‌火星一般，但這同火星上真正嘅沙塵暴比起來真是小巫見大巫。4月7日，NASA放出‌一張機智號喺火星上嘅實景照片，從照片可見，尚未飛行嘅機智號頂部嘅太陽能板和旋翼上已經落上‌沙塵，可謂是“灰頭土臉“，真有一種想過去幫佢打掃一下嘅衝動。除咗沙塵暴，火星上嘅低溫環境也對機智號上电子元器件有住極大考驗，特別是火星嘅夜晚，溫度可低至零下90度。

圖注：機智號嘅太陽能電池板和旋翼上布滿‌沙土（實拍）。

四、火星過於遙遠，通訊存喺超長延遲

我哋知道，由於地球和火星喺唔同高度嘅軌道上圍繞太陽運動，火星嘅公轉周期約等於2個地球年，因此二者之間嘅距離喺實時變化。

目前，火星和地球嘅距離接近三億公里，即便以光速飛行嘅電波信號來回也需要半個鐘頭左右，因此，地面上飛控人員一旦發出指令，能做嘅事就是慢慢等待。正如機智號嘅名所寓意嘅那樣，呢架小直升機具有完全獨立飛行嘅能力。

五、延遲嘅首飛任務

圖注：機智號進行旋轉測試。

其實，機智號嘅首飛時間原定於4月11日，但喺這之前測試旋翼旋轉嘅過程中發現存喺軟件錯誤，控制指令提前結束，因此被迫推遲。這幾天NASA通過遠程對機智號上嘅軟件進行‌更新，最終修復‌問題。

六、探索地外星球嘅全新方式

目前，人類探索地外星球主要有三種方式：一種是發射探測器環繞探測；一種是發射住陸器抵達星球表面進行原位探測和發射漫遊車進行巡視探測。

環繞探測嘅例子唔勝枚舉，大家熟悉嘅嫦娥一號和嫦娥二號月球探測器就屬於呢類；嫦娥三號和嫦娥四號屬於原位探測和漫遊車（玉兔號）巡視探測結合嘅例子。

據悉，目前正喺環繞火星飛行嘅我國天問一號探測器將喺五月份擇機進行火星住陸，具體講，天問一號嘅軌道器將繼續留喺火星軌道進行環繞探測，住陸器和火星車將抵達火星表面。咁樣，我哋就能一次性完成環繞探測、原位探測和巡視探測。

除咗上面提到嘅這三種探測方式，機智號為人類開啟‌採用動力飛行進行地外星球探測嘅全新方式。呢種方式比軌道上嘅探測器睇得更清，比火星車運動得更快，機動性更好。

圖注：未來嘅喺泰坦星上空飛行嘅核動力直升機。計劃2027年發射。

無獨有偶，NASA已經批准採用類似方式探測更加遙遠嘅泰坦星（土衛六），泰坦星擁有稠密嘅大氣層，非常適合飛行器飛行，但由於那裡距離太陽太過遙遠，太陽能已經無辦法滿足飛行需求，科學家計劃採用類似毅力號核電池嘅方式對其進行供電，可睇作核動力直升機。這架核動力直升機已經被命名為“蜻蜓”號，計劃2027年發射，預計2036年住陸。

機智號解鎖‌人類探測地外星球嘅全新方式，未來將有更加精彩嘅各種外太空探測活動等待住我哋。