NASA JPL“毅力号”首次在火星起飞直升机

据外媒报道，位于南加州的NASA喷气推进实验室(JPL)的任务控制人员已经收到了来自“毅力号”上Ingenuity Mars Helicopter的第一份状态报告。据悉，这架直升机于2021年2月18日随“毅力号”降落在Jezero火山口。毅力号上搭载的“机智号”（Ingenuity Mars Helicopter）是一架重约1.8千克的直升机，一切顺利的话，它将成为首个进入另一颗行星大气层飞行的人类航天器。这架小型直升机目前被绑在NASA的“毅力”号（Perseverance）火星探测车的腹部，正在由毅力号为其充电，毅力号放手后，将由其自身携带的太阳能电池板供能。将近120年前，莱特兄弟证明了在地球上进行可控动力飞行是可能的。如今，美国国家航空航天局（NASA）准备在另一个星球上进行同样的尝试。如果他们的飞行器最终取得成功，将为人类以航空方式探索其他行星提供重要的信息。

NASA将机智号直升机任务称为“技术演示”，这意味着其唯一使命就是在一系列试飞中成功地展示其飞行能力。如果一切进展顺利，机智号将引领一个探索火星崎岖地形的新时代。在探测车无法到达的地方，像机智号这样的航天器可以对火星的一些危险特征，如巨大的熔岩通道等，进行更近距离的观察。

JPL Ingenuity Mars Helicopter运营负责人Tim Canham表示，他们目前正在数据中寻找两个重要目标--Ingenuity电池充电状态和基站，“（看起来）两者似乎都运行得很好。有了这份积极的报告，我们将继续推进明天对直升机电池的管理。”

确保Ingenuity上有足够的电量来维持加热和其他重要功能同时保持最佳电池健康是这架火星直升机成功的关键。一小时的上电将使旋翼飞机的电池容量提高到30%左右。几天后，他们将再次充电使其达到35%，未来计划在直升机跟探测车还相连的每周充电一次。明日充电过程中的下行数据将跟火星巡航期间的电池充电过程进行比较进而帮助团队规划未来的充电。

像大多数4磅（2公斤）重的旋翼飞行器一样，6个锂离子电池都是现成的。它们目前则都是通过探测车的电源进行充电。一旦Ingenuity被部署到火星表面，它的电池将完全由其自身的太阳能电池板充电。

在“毅力号”将其Ingenuity部署到火星表面之后，这架直升机将有一个为期30个火星日（31个地球日）的实验飞行测试窗口。如果Ingenuity能挺过火星上第一个寒冷刺骨的夜晚--那里的气温低至零下130华氏度（零下90摄氏度）--那么团队将继续进行该架飞机在另一颗星球的首次飞行。

如果Ingenuity在第一次飞行中成功起飞并盘旋，那么意味着其超90%的项目目标已经实现。如果旋翼飞机成功着陆并保持可操作--最多还可以尝试四次飞行，每一次都是在上一次成功的基础上进行的。

JPL Ingenuity Mars Helicopter项目经理MiMi Aung表示：“我们正处于未知的领域，但我们的团队已经习惯了。从现在到飞行演示项目结束，几乎每一个里程碑都将是第一个，并且每一个都必须成功我们才能继续下一个。”

下一代旋翼飞机是Ingenuity的后代，它可以为未来探索这颗红色星球增加空中维度。这些先进的机器人飞行器将提供一个独特的视角，这是目前的高空中轨道飞行器或探测器和着陆器在地面上无法提供的，它将为机器人或人类提供高清图像和侦察并能够进入探测车难以到达的地形。

NASA喷气推进实验室（JPL）的项目经理MiMi Aung说：“你不能把一架设计为在地球上飞行的直升机等比例改装，就指望它能在火星上运行。”为了使直升机产生足够的升力，MiMi Aung和喷气推进实验室的Bob Balaram团队对传统旋翼机进行了重新设计，采用了新的旋翼叶片形状和材料，同时大幅提高了这些叶片的旋转速度。最终的成品包含两个上下堆叠的旋翼，其叶片直径约为120厘米，以相反的方向旋转，转速可达每分钟2400转。

不过，升力并不是机智号团队唯一关心的问题。为了制造一架可以在火星上飞行的直升机，他们要解决诸多难题，包括让飞行器几乎完全自动驾驶，并使其重量减至最轻。MiMi Aung表示，尽管火星的重力只有地球上的三分之一左右，但降低机智号的重量一直是困扰项目工程师们的一大难题。无论如何，这架直升机的重量必须在1.8千克以下。另一方面，为了满足在毅力号探测器的腹部安装机智号的需要，其旋翼的宽度必须限制在120厘米，这也限制了直升机的升力。

喷气推进实验室团队面临的另一个巨大挑战是让机智号实现近乎完全的自主化，因为信号从地球到达火星至少需要5分钟。设计师们还需要确保该直升机不会危及耗资25亿美元的毅力号任务。这就需要安全方面的创新，比如只在飞行前才给电池充满电，以确保机智号的锂离子电池不会像某些智能手机那样因过度充电而发生爆炸。

Balaram在20世纪90年代就有了火星飞行器的初步想法，这后来成为机智号设计的支柱。21世纪初，他和一些同事向NASA提出了火星直升机的概念，并获得了一年的研究资金，但最终因为资金枯竭，对这一概念的研究被搁置。

在接下来的30天里，机智号计划尝试5次飞行，难度会逐渐增加。当然，在另一个星球的历史性首飞将只是一个简单的盘旋。按照计划，机智号的每次飞行不超过3分钟，飞行高度约为3到5米，飞行距离可达300米。每次降落后，机智号将直接与毅力号通信。

“第一次在我们从未经历过的条件下飞行，这样的想法本身就令人惊叹，”麻省理工学院的自主机器人研究者尼克·罗伊说，“你可以做所有你想做的测试和分析，但在一切工作结束之后，终于可以起飞了，在我们在地球上从未见到过的条件下飞行。”

如果一切进展顺利，机智号的试飞将在火星表面上穿越约500米的距离。尽管没有科学目标，但机智号携带了两个相机，或许可以从一个全新的角度提供火星的图像。通过这些图像，我们将了解未来的直升机将如何改变NASA在火星甚至其他星球上进行探索的能力。“如果这项努力成功了，它将为我们探索火星表面提供一种全新方式，”NASA总部机智号项目主管戴夫·拉弗里说，“比如，你会想知道下一座山那边是什么。”

Balaram表示，未来的火星直升机可能重达23千克，包括大约3.6千克的科学仪器，其外形可能类似于地球上的六轴无人机。