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工人日报 2021年04月12日 星期一

火星无人直升机

董沛
《工人日报》(2021年04月12日 08版)

火星上第一架直升机的首飞日,又要往后延了。

当地时间4月10日,美国航天局称,“机智”号直升机前一天进行了旋翼高速旋转测试,在直升机电脑从飞行前模式转为飞行模式期间,系统发现问题并提前终止测试。

虽然直升机本身没有受到任何损坏,但控制人员需要分析数据,找出电脑问题的原因。因此,“机智”号的火星首飞时间至少要推迟到14日。

按照原计划,“机智号”火星直升机预计于北京时间4月12日10时54分在火星耶泽罗陨击坑起飞,然后在距离火星表面3米高的地方悬停30秒。如果首飞成功,这将是人类飞行器首次在异星球表面进行受控动力飞行。

人类开启太空探索的旅程后,在异星球实现低空探索飞行就是一直以来梦寐以求的事情。但受不同星体重力和空气环境影响,这件事并不容易。

火星的半径只有地球的一半左右,平均密度也小于地球,这意味着火星表面的重力很小;与此同时,稀薄的火星大气层却带来了更多的麻烦。

火星地表的空气密度差不多相当于地球34000米高度的空气密度,这样的空气密度,对于地球的地表飞行器来说,已经近于工作极限。直升机要在这样的空气密度中获得升力,几乎是办不到的。

工程师们并未放弃努力,从2014年到2019年,他们研究发现,有可能制造出一种重量轻、能够在火星稀薄大气中产生足够升力的飞行器,并在模拟器上进行了不断的改良。

最终制造出的“机智”号太空飞行器,结构非常简单,除了太阳能充电板和飞行部件外,只安装了两个摄像头和一个无线传输设备。虽然总重量只有1.8公斤,造价却高达8500万美元。

这个拥有4片旋翼的小家伙,受电池限制,每个火星日(火星上一昼夜的时间)能飞行一次,每次持续90秒,飞行距离最长300米,飞行高度最高5米。

“机智”号直升机的设计初衷非常简单,就是为了验证无人直升机飞行技术在火星或其他星球表面能否自主安全飞行,并能够为火星探测车提供线路规划,为任务提供更多信息。

通过摄像头,火星无人直升机能够为探测车提供清晰的地表图像,分辨率约为轨道卫星图像的10倍。

2020年7月30日,“机智”号被折叠安装在“毅力”号火星车的腹下。半年多后,2021年2月18日,“毅力”号携“机智”号成功登陆火星。

4 月 4 日,“机智”号成功与“毅力”号脱离,着陆在火星表面。随后,等待它的是严酷的挑战,全部通过后才能实现飞行。

首先是要能在极度寒冷的夜晚生存。直升机上的电池将为加热器提供能量,以维持大约零下15摄氏度低温条件下的稳定温度。

其次,“机智”号要能够在火星的白天,通过太阳能电池板自动充电。有工程师表示,火星表面光照弱,充电时间可能会很长。

再之后,直升机要解锁旋翼,并测试所有电机和传感器。4月8日和9日,“机智”号先后进行了叶片慢速旋转测试和高速旋转测试。但在后一测试中,“机智”号出现了点小问题。

“机智”号的首飞虽然会推迟,但人类“看清”火星的努力,却终将收获回报。

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