火星上的第一架飞机首航成功,未来将飞到50米外再返回

北京时间2021年4月19日下午,美国航天局“灵巧”号火星无人直升机(Ingenuity)成功完成首次试飞,离地高度约3米,飞行时间约40秒。这是人造航空器首次在地球以外的星球上受控飞行。

“灵巧”号(又被译作“机智”号)是在2021年2月18日随“毅力”号(又被译作“坚毅”号)火星车一同降落火星的耶泽罗陨击坑。作为一台身处火星的航天器,最危险的难关有四个,一是进入火星大气时的灼烧,二是降落时崎岖的火星表面,三是寒冷的火星夜晚,四是席卷全球的沙尘暴。此前,它一直蜷缩在“毅力”号的腹部,得到了非常温暖而体贴的照顾。4月3日,“毅力”号将它放到一个平整的场地,给了它独立飞行的空间。离开呵护的“灵巧”号,通过太阳能给自己充电,并顺利地度过了零下90摄氏度的夜晚。在经过一系列的测试和小小的意外后,“灵巧”号终于没再放我们鸽子,在今天,在一个陌生的红色星球上一飞冲天!

北京时间4月19日下午15:46,耶泽罗陨击坑天气条件良好,地面工作人员下达了试飞的指令。由于火星此时距离地球达到了3亿多公里,一切只能靠“灵巧”号自己把握了。好在,它不负众望,成功飞离地面3米,并稳定悬停30秒。在经历了39.1秒的飞行后,它开始下降,平稳降落火星表面。随后的几个小时,相关数据和画面陆续传回地面。18:54,飞行数据出现在NASA“火星2020”任务飞行控制室的大屏上,确认首次试飞获得圆满成功!

“灵巧”号的高度数据(来源:NASA)

回顾“灵巧”号的关键节点:

√ 在“毅力”号火星的发射、巡航、再入大气、着陆等过程中顺利存活。

√ “毅力”号火星车腹部保护罩脱离。

√ 安全部署到火星表面。

√ 确认与“毅力”号的通信链路。

√ 在-90℃的火星夜晚能自动保持温暖,自主生存。

√ 使用太阳能电池板自动充电。

√ 确认能源和电力模型,监测每天的耗电量和电池水平。

√ 解锁旋翼。

√ 第一次在火星上转动旋翼,速度低于飞行所需的速度,留在火星表面。

√ 第一次全速旋转旋翼(计划飞行时转速~2400 圈/分钟),留在火星表面。

√ 首次在稀薄的火星大气中起飞。

√ 自主飞行。

√ 成功降落。

无疑,这是具有里程碑意义的测试飞行。这是人类第一次在地球以外试飞航空器。注意,不是航天器,而是航空器!是指在大气中借助空气动力学进行受控飞行。虽然人类已经掌握了飞行的技术,但面对一个陌生的行星,这样的测试飞行犹如重新学习走路一般。这不由得让人想起118年莱特兄弟第一次成功地像鸟儿一样离地飞行。为了致敬,“灵巧”号团队还将当年莱特兄弟的“飞行者”一号上的一片材料装在“灵巧”号的线缆上,带去了火星。

在实验室中呈收纳状态的“灵巧”号(来源:NASA)

“灵巧”号直升机质量仅1.8公斤,采用共轴双旋翼设计。旋翼长度为1.2米,最高转速约2400转/分钟,如此高的转速会产生350瓦的电力消耗,但这样做都是为了让它顺利起飞,因为火星的大气压强只有地球的1%,这意味着在火星表面起飞相当于在地球上3万多米高空中飞行——这是任何现有的直升机都未曾到达过的高度。“灵巧”号是纯粹的技术验证——证明采用智能化微型化的飞行技术在稀薄大气中有动力飞行的可行性。

“灵巧”号在空中向下俯拍自己的影子(来源:NASA)

今天的成功给团队莫大的信心。未来,“灵巧”号还将择机进行更多的飞行试验。第二次可能会飞到5米高,再进行平移的测试,飞行时长也可能增加到设计的上限90秒。第三次飞行可能就会挑战自身极限,飞到50米外再返回。在这之后可能还有第四次、第五次。

“灵巧”号正在进行旋翼测试(来源:NASA)

乐观的人会产生许多脱离现实的美好遐想。在将来的火星探测中,无人机或许可以拓展人们的视野,扩大探索的范围,承担许多重要工作。甚至,一幅颇具科幻色彩的火星航空蓝图已隐约可见。

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