月球到火星

在上面的艺术概念图中，在NASA的毅力号火星车（图中左侧部分可见）驶离后，机智号火星直升机矗立于火星表面。 图片来源：NASA/加州理工-喷气推进实验室 由于命令序列和软件测试问题，机智号的首飞测试已再次推迟，目前暂定于北京时间4月19日下午15:30进行，首次试飞的数据将在飞行后数小时内返回地球，如顺利试飞，NASA将在北京时间4月19日傍晚18:15进行直播。 作为第一架尝试在地球以外星球上飞行的飞机，机智号火星直升机（Ingenuity Mars Helicopter）可以说是一个工程学奇迹，不如跟随机智号团队的科学家和工程师，了解机智号飞行计划的一些关键知识。 在2020年夏天，美国航空航天局（NASA）的火星2020（Mars 2020）毅力号（Perseverance）火星车从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地（Cape Canaveral Air Force Station）发射升空，而它将一项创新实验带上了火星，那就是机智号火星直升机。虽说机智号的体重大约只有4磅（1.8公斤），但它却“心比天高”。 “利用一台实验飞机，莱特兄弟向我们展示了在地球大气中进行动力飞行的可行性，”机智号的首席飞行员、NASA喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）的霍尔瓦·格里普（Håvard Grip）说道，“而利用机智号，我们也正在尝试在火星上做同样的事情。” 关于第一架前往另一颗星球的直升飞机，有6件你不得不知道的事： 1、机智号是一架测试飞机。 机智号任务是一次所谓的技术演示，也就是一个试图在有限的范围内对新功能进行首次测试的项目。在此之前的突破性技术演示包括火星探路者号（Mars Pathfinder）探测器携带的旅居者号（Sojourner）火星车，以及在2018年飞越火星的小型的火星立方星一号（Mars Cube One，MarCO）。 机智号拥有4个特制的碳纤维叶片，排列成2个转子，它们旋转的方向相反，旋转速度大约为2400转/分，比地球上客用直升机叶片的旋转速度快上了许多倍。它还拥有创新的太阳能电池、电池和其他组件。机智号上并没有携带科学仪器，是一个与火星2020毅力号火星车分开进行的实验。 2、机智号将是第一架尝试在另一颗星球上进行控制飞行的飞机。 NASA的机智号火星直升机将在另一颗星球上进行有史以来的首次动力试飞。去年夏天，它随NASA火星2020毅力号火星车一同从卡纳维拉尔角空军基地发射，并于北京时间2021年2月19日着陆火星。 视频来源：NASA/加州理工-喷气推进实验室 直升机为什么难以在火星上飞行？其中一个原因就是火星的大气过于稀薄，直升机难以获得足够的升力。由于火星大气的密度比地球低上了99％，因此机智号必须非常轻巧，相比地球上同等质量的直升机，机智号的转子叶片要更大，叶片的转速也要快得多。 毅力号的着陆地点杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）的天气可能会寒冷刺骨，在夜里，陨石坑的温度会下降到零下130华氏度（零下90摄氏度）。虽说机智号团队已经在地球上对直升机进行了等同于火星温度下的测试，并认为它应该能按预期在火星上正常工作，但实际情况下，低温会将机智号的许多零件逼近设计极限。 此外，喷气推进实验室的飞行控制器将无法使用操纵杆控制直升机，而在行星际距离上对航天器进行控制操作，通信延迟是一个难以避免的固有问题：相关的指令必须在合适的时候提前发送，而工程数据也会在每一步执行后很久才会从航天器返回。任务期间，机智号将拥有很多自主权，可以自行决定以何种方式飞向下一个停驻点，以及如何并维持温暖不被冻坏。 3、机智号对于机器人来说是一个非常合适的名字，它代表着极富创造力的产物。 一开始，“机智号”这个名字是火星2020漫游车的名字备选，由来自阿拉巴马州诺斯波特的高中生瓦尼娅·鲁帕尼（Vanija Rupani）提出，虽然火星车最后被命名“毅力号”，但鉴于直升机团队对在另一颗星球飞行所付诸的努力和创造性想法，NASA官员认为“机智号”对直升机来说是一个非常合适的名字。 “为克服行星际旅行的挑战而努力工作的人们，他们的机智与才华让我们所有人都能体验到太空探索的奇迹，”鲁帕尼写道，“机智号的意义就在于，让人们能够完成看似不可能的惊喜。” 2021年2月，NASA的火星2020毅力号漫游车和NASA的机智号火星直升机（在图片中均为艺术概念图）成为了NASA在火星上最新的两个探险者，两者的命名均来自短文竞赛中的获选学生。 图片来源：NASA/加州理工-喷气推进实验室 4、独创性已经证明了工程学的多个壮举。 在2014年至2019年一步步谨慎的试验中，喷气推进实验室的工程师证明，我们是有可能制造出重量轻、能在火星稀薄的大气层中产生足够升力、还能在类似火星的环境中生存的飞机的；他们在喷气推进实验室的特殊空间模拟器中逐步测试了更高级的模型；2019年1月，与毅力号一同飞往红色星球的那一架实际的直升机通过了最终飞行评估。这些里程碑中的任何一个如果失败了，都将让实验打回原形。 5、机智号团队将一步一步细数所取得的成功。 鉴于机智号将完成多个“史上首次”的壮举，在2021年春季直升机可以正式起飞和着陆之前，机智号团队将面临一系列里程碑式的操作，他们会在每一次成功后相互鼓励庆祝。这些里程碑包括： 从卡纳维拉尔角发射升空，航行至火星，并降落在红色星球上； 从毅力号的腹部位置安全部署到火星表面； 在极度寒冷的火星夜晚中自主地维持温暖； 自主地通过太阳能电池板给自己充电； 然后，机智号将尝试进行首次飞行。 如果直升飞机在第一次飞行中成功了，机智号团队将在30个火星日（约合31个地球日）的窗口期内尝试进行多达4次另外的测试飞行。 6、如果机智号任务取得了成功，未来的火星探索可能会包括宏伟壮志的空中探索。 当NASA的机智号火星直升机尝试在红色星球上进行首次飞行时，正如上面的艺术概念图所示，NASA的火星2020毅力号漫游车将在附近。 图片来源：NASA/加州理工-喷气推进实验室 机智号任务的目的在于演示在火星大气中飞行所需的技术。如果任务成功完成，这些技术将让未来的机器和人类火星探索任务中，也能加上其他先进的机器飞行器。相比目前在火星高空飞行的轨道探测器和火星表面上行驶的漫游车和着陆器，这些飞行器或许能为我们提供这两类探测器所无法提供的独特视角，为机器或人类提供高清图像和侦察数据，还可以访问漫游车难以到达的火星地形。 “机智号团队已经完成了能在地球上进行的一切直升机测试工作，我们期待着在真实的火星环境中进行飞行试验，”喷气推进实验室的机智号项目主管米米·昂（MiMi Aung）表示，“我们将不断地学习，以求获得我们心向往之的终极回报，那就是能在未来探索其他世界的方式中增加一个全新的维度。” NASA的机智号火星直升机在红色星球上空飞行的艺术概念图。 图片来源：NASA/加州理工-喷气推进实验室 想了解机智号的更多相关信息，请访问毅力号发射的新闻资料合集： https://go.nasa.gov/perseverance-launch-press-kit 也可以访问机智号的网页： https://mars.nasa.gov/technology/helicopter 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/6-things-to-know-about-nasas-ingenuity-mars-helicopter https://www.nasa.gov/press-release/nasa-to-attempt-first-controlled-flight-on-mars-as-soon-as-monday

2021年4月4日，第44个火星日，或者说是任务的执行日，从毅力号火星车的后置危险相机来看，可以看到NASA的 机智号直升机在火星上。 影像来源：NASA / JPL-Caltech NASA的毅力号火星车登陆火星后，能在火星寒冷的温度中生存是这架小型旋翼飞行器的一个重要里程碑。 机智号火星直升机已经在火星表面度过了它的第一个夜晚。 杰泽罗陨石坑的夜晚温度可以骤降到零下130华氏度(零下90摄氏度)，这可能会冻裂没有保护的电气部件，并损坏飞行所需的机载电池。在4月3日从NASA的毅力号火星车的腹部部署后的第一个夜晚幸存下来，是这个4磅（1.8公斤）重的旋翼飞行器的一个重要里程碑。在未来的日子里，机智号将成为第一架尝试在另一个星球上进行动力控制飞行的飞机。 “这是机智号第一次依靠自己的力量在火星表面活动，”位于南加州的NASA喷气推进实验室的机智号项目经理米米昂（MiMi Aung）说。”但我们现在已经确认，我们有合适的绝缘材料，合适的加热器，以及它的电池中有足够的能量来度过寒冷的夜晚，这是团队的一大胜利。我们很高兴能继续为机智号的首次飞行测试做准备。” 设计一个足够小的飞行器以适应火星车，足够轻的飞行器以在火星稀薄的大气层中飞行，但又足够坚韧以抵御火星的寒冷，这带来了巨大的挑战。为了确保直升机旋翼顶部的太阳能阵列能够尽快开始获得阳光，”锲而不舍 “号被指示在部署 “独创性 “号后不久就远离它。 要想设计出一艘体积小到能装到漫游者身上、重量轻到能在火星稀薄的大气中飞行、又能耐寒的飞船，这是一个重大的挑战。为了确保直升机旋翼上的太阳能电池阵列能够尽快获得阳光，在毅力号部署机智号后不久，毅力被指示离开机智号。 在直升机把它的四根支架放在火星表面之前，机智号一直附着在火星车的腹部，接受毅力号的动力，毅力号于2月18日在杰杰泽罗陨石坑着陆。火星车充当了机智号和地球之间的通信中继器，它将利用它的一套相机从 范·齐尔瞭望台（Van Zyl Overlook）观察太阳能动力直升机的飞行特性。 机智号的唯一任务是在火星稀薄的大气层中进行飞行测试，这是一项技术演示，直升机没有携带任何科学仪器。在火星表面的30天内，或称火星日（一个火星日为24.6小时），机智号将完成测试，而 毅力号对杰泽罗陨石坑的科学探索也将拉开序幕。 “我们的30个火星日测试计划前期充满了令人兴奋的里程碑，”JPL的机智号火星直升机副运营负责人Teddy Tzanetos说。”无论未来会发生什么，我们都会在这个时间范围内获取所有的飞行数据。” 机智号之月 4月4日，毅力号下传了直升机在火星表面的第一张图像。这张图片由火星车左后方的避险相机拍摄，图片显示，直升机的旋翼仍然叠加在一起，相互对齐（这种配置在火星之旅中用于节省空间），其四个脚垫牢牢地扎进了火星表面。 在毅力号火星车将旋翼飞行器部署到火星表面后，机智号火星直升机用它的彩色照相机从火星车下面拍摄了这张照片。照片拍摄于2021年4月3日。 影像来源：NASA/JPL-Caltech 在接下来的两天里，机智号将收集有关热控和动力系统性能的信息，现在这架小型直升机已经独立于火星环境中。这些信息将被用来微调机智号的热控系统，以帮助它在整个飞行实验期间度过严酷的火星夜晚。 点击(或触摸)并拖动，与火星2020机智号直升机的3D模型互动。如欲了解更多关于机智号的信息，请访问https://mars.nasa.gov/technology/helicopter/。 资料来源：NASA/JPL-Caltech 4月7日，自发射前就将旋翼叶片固定在一起的约束装置将被释放。如果任务团队达成这一里程碑，接下来的几个火星日将涉及对旋翼以及驱动旋翼的发动机进行更多的测试。此外，还将对惯性测量装置（一种测量机体方位和角率的电子装置）和负责直升机自主飞行的机载计算机进行检查。此外，该团队还将继续监测直升机的能源性能，包括评估太阳能电池阵列的功率和飞机的6个锂离子电池的充电状态。 如果各种飞行前检查一切顺利，机智号将于4月11日晚上首次尝试从33×33英尺（10×10米）的 机场 中间起飞–该机场因平坦且没有障碍物而被选中。 随后的飞行试验将安排在整个机智号之月期间进行，毅力号的摄像机将为这一历史性任务提供大量的高清图像。 关于机智号更多信息 机智号火星直升机由喷气推进实验室制造，喷气推进实验室还为美国航天局总部管理这一技术演示项目。喷气推进实验室由美国航天局科学任务局、美国航天局航空研究任务局和美国航天局空间技术任务局的支持。美国宇航局的艾姆斯研究中心和兰利研究中心提供了重要的飞行性能分析和技术援助。 在美国宇航局总部，戴夫·莱弗里(Dave Lavery)是火星直升机的项目主管。在喷气推进实验室，米米昂（MiMi Aung）是项目经理，J.(Bob)巴拉罗姆（J. (Bob) Balaram）是总工程师。 喷气推进实验室是由位于加州帕萨迪纳的加州理工学院为NASA管理，它建造并管理了机智号火星直升机的运作。 有关机智号更多信息，请访问： https://go.nasa.gov/ingenuity-press-kit 及 https://mars.nasa.gov/technology/helicopter 关于毅力号的更多信息 毅力号在火星上的任务的主要目标是天体生物学，包括寻找古代微生物生命的迹象。火星车将确定该星球的地质和过去气候的特征，为人类探索红色星球铺平道路，并将成为第一个收集和储存火星岩石和碎石（碎石和尘埃）的任务。 随后的NASA任务将与ESA（欧洲航天局）合作，将航天器送往火星，以从火星表面收集这些密封的样本，然后将它们送回地球进行深入分析。 喷气推进实验室构建并管理毅力号的运行。 有关毅力的更多信息，请访问： nasa.gov/perseverance 及 mars.nasa.gov/mars2020/