在 NASA 眼中,此次火星试飞的意义不亚于当年莱特兄弟于地球上的首次试飞。

 

2021 年 4 月 19 日这天,美国国家航空航天局(NASA)再次创造了历史——在寒冷陌生的火星上,一架来自地球的直升机顺利起飞!

 

北京时间 2021 年 4 月 19 日 18:15 左右,NASA 直播开启,首架火星无人机「机智号」(Ingenuity)首次飞行的数据传回地球并公布。

 

NASA 官方直播一开始,画面中便是任务控制中心人员等待数据的场景:

 

 

在等待数据的间隙,NASA 通过一段视频回顾工程团队几年来的努力,并致敬了莱特兄弟。在 NASA 眼中,此次火星试飞直升机的意义不亚于当年莱特兄弟的首次试飞。

 

 

项目经理 Mimi Aung 在直播中介绍,现阶段团队有这样 3 项目标:

 

在地球上验证直升机火星起飞的可能性;

 

真正实现在火星起飞;

 

确认试飞成功,根据相关数据进一步规划未来的工作。

 

因此她表示,今天团队所获取的数据相当关键。

 

终于在几十分钟后,机智号数据传来,工程团队确认首飞成功!

 

这是机智号上的导航相机拍到的在火星表面的影子:

 

 

这是毅力号探测器拍到的在火星起飞的机智号:

 

 

团队成员兴奋地表示:

 

It's real! It's real! It's so amazing! (这是真的,太棒了!)

 

1、NASA 首架火星无人机如何飞?

2020 年 7 月 30 日,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地 41 号发射场,搭载着毅力号火星车(Perseverance Rover)的宇宙神 5 号火箭发射升空。

 

在经历了近 7 个月的长途旅行之后,毅力号探测器终于在北京时间 2021 年  2 月 19 日凌晨顺利登陆,到达位于火星北纬 18 度、西经 77 度区域的杰泽罗陨石坑(Jezero Crater)。

 

 

毅力号探测器被称为是“可移动的实验室”,在它的诸多载荷中,最受关注的或许就是机智号了。

 

附着在毅力号探测器下方的机智号,原本被一个防护罩保护着。3 月 21 日,即探测器登陆火星的第 30 个火星日(一个火星日约为地球上的 24 小时 39 分 35 秒),机智号的防护罩被抛弃,机身显露出来,总算在火星上首次亮相。

 

【毅力号底部的防护罩和机智号】

 

实际上,抛弃防护罩仅仅是机智号正式启动试飞环节的第一步,随后还经历了这样几步:

 

机械手释放机智号,两只着陆脚展开;

 

通过马达旋转,机智号进入垂直锁定状态,另外两只着陆脚展开;

 

机智号保持被悬挂在毅力号下方的状态,同时开始通过太阳能板的 6 块锂电池给自己充满电;

 

选好一块 10 米乘 10 米的、较为平坦开阔且无障碍物的“停机坪”,将位置摆正在“停机坪”正中央。

 

值得一提的是,上述几步看似简单,实则会持续好几个火星日,原因就在于机智号每做一个动作都会被拍下、传输给地面,经工作人员确认后才能进行下一步,而火星和地球相距遥远,存在通信延时。

 

 

在火星上试飞究竟难在哪里,机智号机械工程师 Taryn Bailey 表示:

 

由于火星大气密度不足地球的 1%,相比在地球上控制一架无人机起飞,在火星上实现起飞相当困难。
 

幸运的是,机智号顺利完成了任务:直升至火星表面上方 3 米左右高度,并在适当位置悬停 30 秒钟再旋转,随后缓慢降落。

 

具体而言,螺旋桨转速在 12 秒内从 0 达到了 2500 转/分钟,仅用 6 秒飞行高度就超过了 3 米。

 

 

2、NASA 首架火星无人机强在哪?

早在 1903 年 12 月 17 日,莱特兄弟首次试飞了一架完全受控、依靠自身动力、机身比空气重、持续滞空不落地的飞机,也就是世界第一架飞机「飞行者一号」。

 

此次工程团队也对「飞行者一号」做了致敬——机智号携带了一块邮票大小的来自「飞行者一号」的布料。

 

自然,这架耗资 8500 万美元的无人机,不是只会“卖情怀”。

 

雷锋网此前曾报道,机智号重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋桨直径 1.2 米,由两个反向旋转的螺旋桨提供升力,功率 350 瓦。

 

值得关注的是,正因为火星大气密度不足地球的 1%,工程团队才尽可能将机智号做得足够轻巧,比如直径 1.2 米的螺旋桨(其转速能够达到 2277 转/分钟以上,保证机智号平稳实现任务)是由轻质碳纤维泡沫材料打造而成。

 

 

正所谓“麻雀虽小五脏俱全”,机智号所配备的设备很是齐全:

 

充电方面,通过顶部的太阳能板实现,充电一天大概可飞行 90 秒。

 

导航方面,通过相机跟踪估计速度实现视觉导航。

 

配备高通骁龙  801 处理器、高通飞行控制面板以及 Linux 飞行控制系统。

 

此外也有惯导、激光测高计、倾斜计、加速度计陀螺仪等设备。

 

另外,其设计规格符合航天器标准,可承受火箭发射过程中产生的重力和振动,同时还配备了抗辐射系统,在严寒的火星环境中也可正常运行。

 

当然,即便 NASA 为了这架小小的无人机投资了约 8500 万美元,它本质上还是一款技术展示设备。

 

此前 NASA 曾介绍:

 

机智号将在火星车着陆后的 60-90 个火星日后进行为期 30 天的飞行稳定性测试,预计最多飞行 5 次,每天飞行不超过 3 分钟,每次航程最远 300 米,最大高度 5 米。
 

也就是说,接下来机智号按计划还将进行最多 4 次试飞。接下来其试飞难度、复杂程度也会逐步提升,比如尝试更高的飞行高度、最终飞到别处等等,团队接下来几天也将陆续公布关于首次试飞的更多数据。

 

不难看出,深空探测绝非易事。

 

可以说,机智号为行星探测直升机的研发迈出了重要的第一步,机智号项目经理 Mimi Aung 表示:

 

这是发生在另一个星球上的“莱特兄弟时刻”。
 

未来,无人机与轨道飞行器直接通信或将成为可能,而 2021 年 4 月 19 日的首飞,则是一个伟大的开端。

 

引用来源:

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-ingenuity-mars-helicopter-prepares-for-first-flight

 

https://mp.weixin.qq.com/s/sqjrIbhXnAwagxFibDsA4w

 

直播链接:

https://www.youtube.com/watch?v=p1KolyCqICI