為了更好地研究與開發(fā)火星資源，目前美國航空航天局噴氣推進實驗室（JPL）的科學(xué)家正在研究測試可在火星上飛行的無人直升機。這款無人直升機能夠克服火星大氣稀薄的限制，擁有強大的電力供應(yīng)系統(tǒng)，具有良好的中繼通訊功能。
發(fā)展歷史
隨著空中機器人技術(shù)的發(fā)展，幾乎任何一個領(lǐng)域都會使用到無人機，可以認為無人機正在全面接管地球，但無人機也將很快“入侵”火星"。在美國宇航局的一個最新項目上，無人機開始成為主要的探索平臺，科學(xué)家計劃用無人機搭載科學(xué)儀器對火星進行考察，這樣我們就可以在較短的時間內(nèi)探索火星表面大面積的區(qū)域。目前美國航空航天局噴氣推進實驗室的科學(xué)家正在測試一種可以在火星上飛行的直升機，這將是未來幾年飛行在火星大氣中的“天眼”，實現(xiàn)對火星大規(guī)模探索。
人類探索火星的方式有很多種，目前使用最多就是火星探測車，美國宇航局最為著名的火星車要數(shù)“機遇號火星探測器"和"好奇號火星探測器"，當然勇氣號火星探測器火星車也有突出的貢獻，只不過前者目前仍然在火星表面運行。科學(xué)家認為如果火星車與直升機配合探索火星，那么就可以獲得更大的效果，比如直升機的探索面更廣，可以抵達火星車無法進入的區(qū)域。
首先，研制火星直升機并不是一件容易的事兒，因為火星的大氣更加稀薄，因此直升機應(yīng)該擁有更強勁的升力裝置，能夠克服稀薄火星大氣的限制，同時科學(xué)家也會優(yōu)化直升機的飛行路線，避開可能出現(xiàn)的火星沙塵暴。根據(jù)噴氣推進實驗室的科學(xué)家計算，直升機的旋翼系統(tǒng)要比地球上強100倍以上，這樣提供更強的升力，同時科學(xué)家也考慮了使用太陽能電池板作為直升機的電力來源，
這樣的設(shè)計為直升機延長任務(wù)期提供了先決條件。
其次，火星直升機的另一個優(yōu)勢是擔任中繼通信，目前美國航空航天局使用火星勘測軌道飛行器作為火星探測車與地球之間的中繼平臺，如果火星直升機部署到位，我們可以收集到更多關(guān)于火星大氣和地質(zhì)的數(shù)據(jù)，空中機器人甚至能夠飛遍火星。同時，隨著智能機器人技術(shù)的進步，無人機將更加先進，探索火星的效率也會提升。
美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的工程師們正在研發(fā)一款獨特的火星直升機。按計劃它將與未來的火星車一同被發(fā)射往火星并著陸。由于火星車必須在地面上依靠輪子行進，操作人員必須對其周圍環(huán)境進行觀察并仔細為它挑選安全的路徑，這將花費大量的決策時間。而使用火星直升機時，它將起飛并勘測火星車周圍以及前方地形，從而大大提升火星車路徑規(guī)劃效率。
這款研制中的火星直升機采用傳統(tǒng)的旋翼式，其頂部安裝有旋翼翼片。在這種小型火星直升機的頭頂上還安裝有太陽能板，用于在白天吸收太陽能確保運行，并保證直升機系統(tǒng)在夜間不至于因溫度過低而損壞。在白天運行時，這種直升機每次將會飛行2~3分鐘，隨后著陸，等待再次起飛。
直升機之所以能夠起飛，是借助它的旋翼在一定密度大氣中產(chǎn)生的升力。如果空氣的密度過低，要么你提升旋翼的轉(zhuǎn)速，要么加大旋翼面積，再或者就是減小自身重量，否則直升機將難以飛起來。在火星環(huán)境下，盡管引力大約只相當于地球的3/8，但必須記住，火星上的大氣密度也只有地球大氣密度的1/100，所以這種直升機的旋翼轉(zhuǎn)速至少要達到每分鐘2400轉(zhuǎn)以上才可能提供足夠的升力讓直升機能夠在空中懸空2~3分鐘并飛出半公里遠的距離。
火星直升機將要面對的挑戰(zhàn)包括火星上非常稀薄的大氣，還有必須要將系統(tǒng)質(zhì)量做到非常小，這樣才能不至于超越直升機的升力承載極限。另外，它必須能夠自主飛行并維持穩(wěn)定狀態(tài)，并且系統(tǒng)必須能夠在天然粗糙的巖石地表反復(fù)起降。最后一點，它必須能夠適應(yīng)火星上的極端環(huán)境條件。
火星直升機每天執(zhí)行完任務(wù)之后的降落過程是整個過程中最危險的。進入火星大氣層的著陸器會經(jīng)歷著名的“恐怖7分鐘”，在那期間飛船與地球之間的通訊聯(lián)系將會暫時中斷。而這種每天都要執(zhí)行火星起降飛行任務(wù)的小型直升機每天都要經(jīng)歷“恐怖7分鐘”。
2021年4月11日，火星直升機首飛時間將至少推遲至4月14日。
參考資料 >
首飛推遲！美國火星直升機測試時發(fā)現(xiàn)潛在問題.中國新聞網(wǎng).2021-04-11