NASA用两个世界测试未来的火星直升机设计
这段视频结合了NASA机智号火星直升机第59次飞行的两个视角。左边的视频是由NASA毅力号火星车上的Mastcam-Z拍摄；右边的黑白视频是由机智号向下指向的Navcam拍摄。这次飞行发生在9月16日。
影像来源：NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
工程师们将超越地球的尽头，为未来的火星直升机寻找更强的性能。
有史以来第一次，两个星球成为测试未来飞机设计的基地。在这个世界上，一种可以用于下一代火星直升机的新型旋翼最近在NASA位于南加州的喷气推进实验室进行了测试，以接近超音速（0.95马赫）的速度旋转。与此同时，该机构的机智号火星直升机以实验飞行测试的名义在这颗红色星球上创造了新的高度和空速记录。
“我们的下一代火星直升机测试确实做到了两全其美。”机智号项目经理兼火星样本回收直升机经理泰迪·扎内托斯说。“在地球上，你拥有测试新飞机部件时所希望的所有仪器和动手的即时性。在火星上，你可以感受到真实的外星环境，你永远无法在地球上真正重现。”这包括稀薄的大气层和明显低于地球的重力。
正在地球上测试的下一代碳纤维旋翼叶片比机智号的长近4英寸（超过10厘米），强度更大，设计也不同。NASA认为，这些叶片可以使火星直升机变得更大、性能更强。挑战在于，随着叶尖接近超音速，引起湍流的振动可能会很快失控。
为了找到一个足够大的空间，在地球上创造火星大气层，工程师们把目光投向了喷气推进实验室的25英尺宽，85英尺高（8米乘26米）的太空模拟器——在这里，勘测者号、旅行者号和卡西尼号首次体验到了类似太空的环境。在9月份的三周时间里，一个团队监测了传感器、仪表和摄像头，观察叶片以越来越高的速度和更大的俯仰角进行一次又一次的运转。
9月15日，NASA喷气推进实验室在25英尺的太空模拟器上测试了下一代火星直升机的双旋翼系统。碳纤维叶片比机智号火星直升机上使用的叶片更长、更坚固，在测试中达到了接近超音速的速度。
影像来源：NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
“我们将叶片转速提高到每分钟3500转，比机智号叶片每分钟750转的速度还要快”喷气推进实验室样品回收直升机副测试指挥泰勒·德尔·塞斯托表示。“这些更高效的叶片现在已经不仅仅是一种假设。他们已经准备好飞翔了。”
大约在同一时间，在大约1亿英里（1.61亿公里）外，机智号被命令尝试火星直升机团队从未想过会做的事情。
第四次岩石飞行试验
机智号最初计划飞行不超过5次。自两年半前首次飞行进入任务日志以来，该直升机已经飞行了66次，超过了计划的30天任务32次。每次机智号升空，它都会覆盖新的领域，提供一个以前的行星任务无法实现的视角。但最近，机智号团队用他们的太阳能旋翼机进行了一次前所未有的飞行。
“在过去的9个月里，我们将最大空速和高度提高了一倍，提高了垂直和水平加速度，甚至学会了放慢着陆速度。”喷气推进实验室机智号的首席工程师特拉维斯·布朗说。“包线扩展提供了宝贵的数据，可供未来火星直升机的任务设计者使用。”
受可用能量和发动机温度的限制，机智号飞行通常持续两到三分钟左右。虽然直升机可以通过更快的速度在单次飞行中覆盖更多的地面，但飞得太快会混淆机载导航系统。该系统使用一台相机，当岩石和其他表面特征在其视野中移动时，该相机可以识别它们。如果这些特征出现得太快，系统就会迷失方向。
因此，为了实现更高的最大地面速度，该团队向机智号发送命令，让其在更高的高度飞行（每次飞行前都会向直升机发送指令），这可以让特征在视野中停留更长时间。第61次飞行在检查火星风模式时，创造了78.7英尺（24米）的新高度记录。随着第62次飞行，机智号创造了22.3英里/小时（每秒10米）的速度记录，并为毅力号火星车科学团队侦察了一个地点。
该团队还在试验机智号的着陆速度。直升机被设计成以相对快的2.2英里/小时（1英里/小时）的速度接触地面，因此其机载传感器可以很容易地确认着陆，并在它弹回空中之前关闭旋翼。降落速度较慢的直升机可以设计成使用较轻的起落架。因此，在第57次、58次和59次飞行上，他们进行了试验，证明机智号直升机的着陆速度比最初设计的着陆速度慢25%。
火星人查克·耶格尔的故事还没有结束。12月，火星冲日后，机智号预计将进行两次高速飞行，在此期间，机智号将执行一套特殊的俯仰和翻滚角度，以测量其性能。
“这些数据将对微调我们的旋翼飞机在火星上的航空力学模型非常有用。”布朗说。“在地球上，这种测试通常在最初的几次飞行中进行。但这不是我们飞行的地方。当你在离最近的修理厂那么远的地方操作时，你必须更加小心，因为你没有任何重来的机会。”
关于机智号的更多信息
独创性始于火星上的一次技术展示。它于2021年4月19日首次飞行，在10英尺（3米）的高空悬停了30秒。在几周内又进行了四次飞行，飞行时长增加了499秒，直升机在地面上水平飞行了1171英尺（357米）。在证明了在火星上飞行是可能的之后，机智号于2021年5月进入了操作演示阶段，以展示空中侦察如何有利于未来对火星和其他星球的探索。
机智号火星直升机由喷气推进实验室建造，喷气推进实验室也为NASA总部管理这个项目。它得到了NASA科学任务理事会支持。位于加州硅谷的NASA艾姆斯研究中心和位于弗吉尼亚州汉普顿的NASA兰利研究中心在机智号的开发过程中提供了重要的飞行性能分析和技术援助。AeroVironment、高通和SolAero也提供了设计协助和主要车辆部件。洛克希德·马丁公司设计并制造了火星直升机运载系统。
在NASA总部，戴夫·拉威利是机智号火星直升机的项目主管。
参考来源：
