腾讯科技讯,3 月 30 日消息,在世界上第一架飞机升空近 120
年后,美股宇航局(NASA)的小型直升机正准备在火星表面进行首次试飞。如果这架名为“机智号”的直升机能够成功,它将被载入史册,并创造“火星上的莱特兄弟时刻”。

图1:藏在毅力号火星车腹部的机智号直升机

  NASA 机智号直升机运营团队负责人蒂姆·坎纳姆(Tim Canham)说:“我们从来没有在其他星球上飞行过飞机。”

  今年 2
月,机智号直升机随同火星车“毅力号”(Perseverance)抵达火星,并安全着陆。毅力号给直升机的电池充电,并使其保持温暖。机智号现在已经到达了它的直升机停机坪,毅力号上的摄像头已经捕捉到它缓慢展开并悬挂在火星车下面的画面。

图2:悬挂在毅力号火星车下面的机智号黑白照片,它正保持垂直姿态准备接触地面

  本周,当毅力号将机智号释放到火星地面上时,这架小型直升机的任务就将展开。它不仅必须在火星夜晚(温度可能降到零下 100
摄氏度)生存下来,而且还必须依靠自己飞行。

  机智号在火星上的首次飞行可能在 4 月 8 日进行。坎纳姆表示:“每次进行飞行尝试时,我们都会经历’恐惧 90
秒‘,因为一旦我们早上发出命令说‘起飞’,就意味着我们发出了一大堆命令,然后我们就只能看着,再也无能为力。”

图3:毅力号火星车拍摄的耶泽洛陨石坑景色,机智号的飞行空间逐渐伸展开来

  机智号与地球上的无人机有何不同?

  机智号看起来可能就像迷你直升机,但它不能在地球上飞行。机智号的高度只到人的膝盖,重约 1.8 公斤,它是根据火星上的条件专门设计出来的。

  这架小型直升机的开发耗资 8000 万美元,花了三年时间才建造出来,涵盖了许多高科技知识,但其零部件并不罕见,甚至可以在业余爱好商店买到。

图4:机智号直升机被折叠后藏在毅力号火星车的下面

  研究小组必须克服的最大挑战之一是火星上稀薄的大气。坎纳姆说:“如果空气质量真的很稀薄,直升机必须更加努力才能起飞。”

  为了应对这个问题,机智号 1.2
米长的叶片旋转速度比它们在地球上所需的速度快三倍。每个叶片都是由坚硬的碳纤维制成,这样它们可以更好地捕捉空气。但它们的重量太轻了,与一张 A4
纸差不多。坎纳姆说:“你几乎感觉不到它,因为它是如此的薄,但它超级坚硬。”

  机智号的着陆腿弹性十足,所以落地时如果弹跳也不会折断。这架直升机使用的许多部件(如马达)已经被微型化,以符合重量限制。

  机智号的核心是一台微型计算机,它被设计运行定制软件,并处理由其摄像头和传感器捕获的大量图像和数据。这台计算机实际上就是个微处理器,三年前就被应用到手机上。虽然它在地球上已经有点儿过时,但其能力毋庸置疑。坎纳姆说:“机智号上的处理器比火星车本身的处理器强大
100 倍左右。”

  NASA 有何飞行计划?

图5:这个 10 米见方的直升机停机坪坐落在大约 90 米长的微型机场里

  机智号直升机将在距离毅力号火星车第一次降落的平坦区域不远的地方尝试升空。毅力号将从大约 60 米外的一个地点观察机智号,并与直升机进行数据传递。

  这架直升机将在 31 天(地球日)内执行 5
次飞行尝试。在每次飞行前的几天里,任务团队将对其进行健康检查,以确保直升机上的一切都正常工作,他们还将监测空气密度和风速等条件。检查无误后,任务团队就会发出“起飞”命令,剩下的就需要靠机智号自己了。

  与地球上的无人机不同,机智号将不得不自己飞行,并将每次飞行的指令与来自传感器和机载摄像头的数据结合起来,这些摄像头每秒可拍摄 30
张图像,告诉直升机将要去哪里,飞行速度有多快,并根据风速和其他危险等条件进行调整。

图6:机智号直升机将进行五次越来越复杂的飞行

  在首次飞行中,机智号将上升约 3 米,盘旋约 30
秒时间,然后返回直升机停机坪。坎纳姆表示:“这将是非常基本的操作,这样我们就可以了解其在火星大气层中飞行的动态,以及我们将使用多少能量。这有点儿像是婴儿迈出的一小步。”

  在第二次和第三次飞行中,机智号将攀升到 5 米的高度,以每秒 2 米的速度飞行约 15 米距离,然后返回停机坪。

  在分析了这三次飞行情况后,任务团队才会决定后两次飞行如何进行。坎纳姆说:“如果我们的前三次飞行看起来都很棒,那么也许我们可以做些更冒险的事情,比如飞得更远、更快或更高。但首先,它需要在火星地面上独自生存过第一个夜晚。”(腾讯科技审校/金鹿)

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