美國火星直升機已完成首飛:懸停30秒創造歷史

臺北時間4月19日18時52分,美國宇航局正式宣布,首個火星無人機“機智號”成功在火星耶澤羅撞擊坑完成首飛,這也是人類首次在地球以外的大氣層內完成動力飛行。

臺北時間4月19日15時30分,這架1.8公斤重的無人機旋翼槳葉首飛轉速在12秒內從0達到了每分鐘2500轉,在6秒內爬升到超過3米的高度,并在空中盤旋了30秒,隨后緩慢下降直到無人機下部四個支架接觸到地面。

機智號底部安置有激光高度計與導航相機,確保首飛懸停在著陸場中央而不會偏離,作為前線“記者”,距離機智號76米外的毅力號火星車攜帶了相機與麥克風錄制了“機智號”完整飛行過程,


機智號無人機在火星飛行高度曲線圖

雖然首飛在臺北時間19日下午三點半已經開始,但飛行數據完全傳回地球需要約3個小時,美國宇航局此前已經發送了預先設定好的自主飛行指令,但NASA接受這次飛行數據傳輸在今晚接近7點才完成。

據了解機智號攜帶了兩臺相機,底部的彩色相機可以拍攝1300萬像素的高分辨率照片,而導航相機分辨率較低,只有50萬像素并只能拍攝黑白照片。航拍數據在無人機著陸后借由毅力號火星車回傳至地球,


機智號懸停飛行階段拍攝的火星表面圖

機智號造價8500萬美元,機身主體僅一個紙巾盒大小,由毅力號攜帶在2021年2月18日登陸火星,并于4月3日被毅力號釋放在火星表面上,原定4月12日首飛但因軟體故障與升級問題進行了兩次試飛推遲。機智號攜帶了萊特兄弟1903年制造的飛行者一號飛機上的一小塊布料,用以致敬人類航空百年,飛行者一號是人類歷史上首個重于空氣的航空器,并且完成了持續而且受控的動力飛行,是公認的第一臺有人駕駛的動力飛行器,


機智號未來一個月可能的飛行計劃

機智號未來的飛行計劃

機智號使用高通驍龍處理器,Linux操作系統,并使用太陽能電池板為鋰電池充電,因此在這次試飛成功后,機智號將進行4-5天的充電與整休,并會在未來30天內進行更遠距離與更長時間的試飛,提升飛行的復雜度和難度。比如飛行高度提升至5米,飛行距離超過50米,甚至不再返回現在的起落場,而是降落在新的目標點上,

此前科學家擔心機智號首飛會遇到強風等意外險情,因為機智號并沒有自動扶正系統,一旦飛行中傾覆將導致任務提前結束,但所幸這些險情并沒有發生,此外,機智號此前成功挺過了火星寒冷的夜晚,耶澤羅撞擊坑夜晚溫度甚至達到零下90攝氏度。

機智號無人機槳葉由纖薄的碳纖維制成,可以在火星的大氣提供足夠的升力,在機智號飛行過程中,旋翼每分鐘旋轉2400次,

火星新式探測方式的先行者

雖然火星的引力比地球小得多,但它的大氣層密度只有地球的1%,所以這次試飛極具挑戰。NASA工程師們巧妙地裝備了4個1.2米長的旋翼槳葉,這種用碳纖維制造的槳葉旋轉速度要比地球上的快很多,槳葉也更輕薄。在火星上,旋翼要每分鐘旋轉2400次才能保障“機智號”的正常飛行,在地球上只需要約280轉/分鐘。此前這一設計在噴氣推進實驗室(JPL)建造的模擬火星環境的真空室中得到了成功的測試,最大飛行距離300米,最高飛行高度5米。


海盜1號于1980年拍攝的火星西半球,水手號谷位于中央

海盜1號于1980年拍攝的火星西半球,水手大峽谷位于中央,長3769公里、最深處7公里,成一個復雜的峽谷系統。這些區域是火星車無法探測的,但是火星無人機可以近距離航拍,

相比火星軌道上的人造衛星以及在火星地表漫游的火星車,無人機結合了二者的優勢,既可以進行空中航拍也可以近地觀察漫游車無法進入的崎嶇峽谷,洞穴或隕石坑內。作為火星無人機的技術驗證先驅,機智號的成功將為后續火星探測方式帶來非常多的可能性,讓地球上的科學家能夠前往如水手大峽谷,奧林帕斯山等著名火星崎嶇地貌進行近距離探測,

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