美国 NASA“机智”号火星直升机成功完成首飞,3 米飞行高度悬停 30 秒

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2021-04-25 13:43

北京时间 4 月 19 日 18 时 52 分,美国宇航局 NASA 正式宣布,首个火星无人机“机智号”成功在火星耶泽罗撞击坑完成首飞,这也是人类首次在地球以外的大气层内完成动力飞行。

北京时间 4 月 19 日 15 时 30 分,这架 1.8 公斤重的无人机旋翼桨叶首飞转速在 12 秒内从 0 达到了每分钟 2500 转,在 6 秒内爬升到超过 3 米的高度,并在空中盘旋了 30 秒,随后缓慢下降直到无人机下部四个支架接触到地面。机智号底部安置有激光高度计与导航相机,确保首飞悬停在着陆场中央而不会偏离。作为前线“记者”,距离机智号 76 米外的毅力号火星车携带了相机与麦克风录制了“机智号”完整飞行过程。

机智号无人机在火星飞行高度曲线图

虽然首飞在北京时间 19 日下午三点半已经开始,但飞行数据完全传回地球需要约 3 个小时。美国宇航局此前已经发送了预先设定好的自主飞行指令,但 NASA 接受这次飞行数据传输在今晚接近 7 点才完成。

据了解机智号携带了两台相机,底部的彩色相机可以拍摄 1300 万像素的高分辨率照片,而导航相机分辨率较低,只有 50 万像素并只能拍摄黑白照片。航拍数据在无人机着陆后借由毅力号火星车回传至地球。

机智号悬停飞行阶段拍摄的火星表面图

机智号造价 8500 万美元,机身主体仅一个纸巾盒大小,由毅力号携带在 2021 年 2 月 18 日登陆火星,并于 4 月 3 日被毅力号释放在火星表面上,原定 4 月 12 日首飞但因软件故障与升级问题进行了两次试飞推迟。机智号携带了莱特兄弟 1903 年制造的飞行者一号飞机上的一小块布料,用以致敬人类航空百年。飞行者一号是人类历史上首个重于空气的航空器,并且完成了持续而且受控的动力飞行,是公认的第一台有人驾驶的动力飞行器。

机智号未来一个月可能的飞行计划

机智号未来的飞行计划

机智号使用高通骁龙处理器,Linux 操作系统,并使用太阳能电池板为锂电池充电,因此在这次试飞成功后,机智号将进行 4-5 天的充电与整休,并会在未来 30 天内进行更远距离与更长时间的试飞,提升飞行的复杂度和难度。比如飞行高度提升至 5 米,飞行距离超过 50 米,甚至不再返回现在的起落场,而是降落在新的目标点上。

此前科学家担心机智号首飞会遇到强风等意外险情,因为机智号并没有自动扶正系统,一旦飞行中倾覆将导致任务提前结束,但所幸这些险情并没有发生。此外,机智号此前成功挺过了火星寒冷的夜晚,耶泽罗撞击坑夜晚温度甚至达到零下 90 摄氏度。

机智号无人机桨叶由纤薄的碳纤维制成,可以在火星的大气提供足够的升力。在机智号飞行过程中,旋翼每分钟旋转 2400 次。

火星新式探测方式的先行者

虽然火星的引力比地球小得多,但它的大气层密度只有地球的 1%,所以这次试飞极具挑战。NASA 工程师们巧妙地装备了 4 个 1.2 米长的旋翼桨叶,这种用碳纤维制造的桨叶旋转速度要比地球上的快很多,桨叶也更轻薄。在火星上,旋翼要每分钟旋转 2400 次才能保障“机智号”的正常飞行,在地球上只需要约 280 转 / 分钟。此前这一设计在喷气推进实验室(JPL)建造的模拟火星环境的真空室中得到了成功的测试,最大飞行距离 300 米,最高飞行高度 5 米。

海盗 1 号于 1980 年拍摄的火星西半球,水手号谷位于中央

海盗 1 号于 1980 年拍摄的火星西半球,水手大峡谷位于中央,长 3769 公里、最深处 7 公里,成一个复杂的峡谷系统。这些区域是火星车无法探测的,但是火星无人机可以近距离航拍。

相比火星轨道上的人造卫星以及在火星地表漫游的火星车,无人机结合了二者的优势,既可以进行空中航拍也可以近地观察漫游车无法进入的崎岖峡谷,洞穴或陨石坑内。作为火星无人机的技术验证先驱,机智号的成功将为后续火星探测方式带来非常多的可能性,让地球上的科学家能够前往如水手大峡谷,奥林帕斯山等著名火星崎岖地貌进行近距离探测。

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