火星上的 “莱特兄弟时刻”-知识分子的财新博客-财新网

“机智号” 悬停在火星表面时捕捉并返回的图像。图源：NASA

- 导读 -

昨日，美国研制的一架直升机在火星成功起飞并降落，评论认为这是火星上的 “莱特兄弟时刻”。

撰文｜王雨丹

责编｜陈晓雪

美东时间4月19日凌晨3:34（北京时间19日下午3:34），美国国家航空航天局（NASA）研发的直升机 “机智号”（Ingenuity）在火星起飞。3个多小时后，NASA由传回地球的数据确认并宣布 “机智号” 首飞成功。至此，它成为了历史上第一架在另一个星球上进行动力控制飞行的飞机 [1]。

对于“机智号”的成功首飞，NASA副局长托马斯·泽布臣（Thomas Zurbuchen）表示：“在莱特兄弟（Wright brothers）成功进行地球上第一次飞行之后的117年，NASA的直升机也成功地在另一个星球上实现了这一壮举。”

空降火星，能否自由飞翔？

2020年7月30日，美国 “毅力号” 火星探测器（Perseverance rover）发射升空，经历7个月、4.71亿公里的旅程后，于美东时间2月18日下午4:55成功登陆火星表面，成为去年继中国 “天问一号” 和阿联酋 “希望号” 之后的又一 “天外来客”，其主要任务是进行火星 “考古”：寻找火星是否曾有生命存在。

而此次首飞成功的 “机智号”，就是随着 “毅力号” 一起升空的。

在火星上蛰伏了2个月，它终于迎来了自己的高光时刻。

凌晨3:34，NASA研究团队所确定的最佳起飞时间。NASA官网数据显示，“机智号” 攀升至规定的最高高度10英尺（3米）后，稳稳当当地悬停在了空中，半分钟后机身开始下降。

在总共飞行了39.1秒后，“机智号” 安全回到火星表面 [1]。

“机智号” 位于 “毅力号” 腹部，并覆有保护盖，以保护其免受探测器着陆时的影响。相比起 “毅力号” 这个1吨重的庞然大物，“机智号” 只能算个弟弟：净重1.8千克、4个1.2米长的叶片、高49厘米，整体也就一个纸巾盒般大小 [2]。

前：“机智号”火星直升机；后：“毅力号”火星探测器。图源NASA。

作为老大哥 “毅力号” 的拍档，“机智号” 机身并不携带任何科学仪器，它的目标只是演示直升机在极薄的火星大气层中如何 “自由飞翔”。

不过，NASA表示，即使是 “陪跑”，要在另一个星球上实现动力控制飞行，也是高难度的 “壮举”。

不简单的 “机智号”

火星的大气层非常稀薄，只有地球大气层密度的1%。因此，“机智号” 比一般直升机更轻巧、叶片更大、旋转速度也比地球上直升机所需的速度更快。

此外，火星上平均温度为-63℃，“毅力号” 所在的考察地点杰泽罗陨石坑（Jezero crater）夜晚温度更是能低至-90℃，“机智号” 的首要目标之一就是在寒冷的火星之夜生存下来。

为了克服火星上的恶劣条件，NASA研究人员为 “机智号” 精心配备了抗辐射系统和由轻质碳纤维泡沫芯制成的叶片，这不仅能保证它在寒冷的环境中正常运行，还能在稀薄的火星大气中产生足够的起飞动力，使之在充满挑战的火星环境中自主运行和生存 [3]。

“机智号” 火星直升机的桨叶由轻质碳纤维泡沫芯制成，能在稀薄的火星大气中提供升力。图源：NASA。

信息延迟是跨行星际距离与航天器通信不可避免的问题。这意味着直升机在起飞后很长一段时间内都无法用操纵杆来控制，也无法查看每次飞行的数据或图像。但是，“机智号” 真的很机智：它可以根据设计师在地球上设定好的参数自行做出一些决定。例如，它能利用恒温器使自己在火星上保持温暖；在飞行过程中，还可以分析传感器数据和地形图像，以确保自己不迷路，始终保持在预定的飞行路径上。

“机智号” 在火星成功飞起，NASA代理局长史蒂夫·尤尔奇克（Steve Jurczyk）高兴地表示：“ ‘机智号’ 是NASA历史悠久传统项目中的最新成果，实现了曾被人们认为遥不可及的太空探索目标。”

为了让直升机盘旋在火星上，NASA研究团队可谓步步为营。

在NASA官网上，我们可以看到其列出的2021年关于 “机智号” 的计划清单，包括安全着陆火星并从“毅力号”的腹部运行至地面、在极度寒冷的火星夜晚中保持温暖、通过太阳能电池板自动充电等 [3]。

“机智号” 在火星表面的飞行，将确认此前在特殊空间模拟舱中进行的飞行测试结果，并提供有关在火星上操作直升机的相关数据。

未来，“机智号” 将在火星上继续运行，提供 “毅力号” 探测器无法提供的独特视角并进入 “毅力号” 难以到达的地形。

人类花了几个世纪的时间，经过反复试验和无数次试错，才弄清楚如何在地球上驾驶飞机和直升机，而 “机智号” 从研发到成功，科学家只花了6年时间。可以说，“机智号” 的起飞，是人类工程学上的又一壮举，也是人类火星探测的一大步。

“我们不知道 ‘机智号’ 究竟会把我们引向何方，但今天的结果表明，至少就火星而言，天空并不是极限。” 尤尔奇克说。

参考资料：

1. https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-ingenuity-mars-helicopter-succeeds-in-historic-first-flight

2. https://www.nasa.gov/press-release/nasa-to-attempt-first-controlled-flight-on-mars-as-soon-as-monday

3. https://www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/ingenuity/download/ingenuity_landing_press_kit.pdf

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