全球第一架在火星飞行的直升机

1. 全球第一架在火星飞行的直升机

最近，美国宇航局计划发射第五个火星探测器“毅力”号，这次旅程将持续6个月。“毅力”号将启动一项任务，以收集可能具有古代生命痕迹的火星尘土样本，这些样本将在几年后的另一项任务中返回地球。
  
 它的负载中还有一个特殊物品：一架名为“创造力”号的小型自动驾驶直升机。明年春天的某个时候，“创造力”号将悠悠启动，成为第一架在火星飞行的飞行器。
  
 想要对火星进行一个整体了解，卫星是最适合的工具。想要了解地面上的细节，火星车就特别擅长细微地 探索 相对少量的地形。而对于概览两者之间的所有事物，一个飞行器就很重要了。
  
 在过去几年，火星车只能覆盖几十公里范围，如今无人飞行器可以在一天内轻松覆盖。它们可以拍摄空中快照，以帮助火星车绘制最佳路径，或收集样本并将其送回固定的着陆器进行分析。
  
 “创造力”号的硬件（相机、通信设备和航空电子设备）装在一个小立方体中，该立方体由四根细长的腿悬在空中，使它看上去有点像机器昆虫。在飞行器顶部，有两对转子叶片，每对直径4英尺，夹在机身和一块矩形的太阳能电池板之间。整个装置的重量，不及一个装满的两升苏打水瓶，但它足够坚固，足以承受在发射、着陆以及在火星表面活动时所面临极端环境的伤害。
  
 “毅力”号到达火星后，将花费数周的时间检查系统。如果一切顺利，那么首要任务就是在铺满岩石的耶泽罗撞击坑中找到一块空地，让“乘客”下车。其实，“创造力”号自己会从火星车的“腹部”掉下来。
  
 一旦火星车和“创造力”号分开，后者的寿命就要进入倒计时了。喷气推进实验室的项目首席工程师鲍勃·巴拉兰和他的团队只有一个月时间，最多可以进行5次试飞。巴拉兰说：“这项行动的全部目的是获取工程数据，因此我们可以说，这完全按我们的想法行事，而火星上没有任何意外。”
  
 正如莱特兄弟用“小鹰”号进行的飞行测试一样，“创造力”号的首次飞行只有几秒钟时间。这是巴拉兰团队在地球进行的飞行测试的精准复刻，他们可以对它的性能与期望进行一次细致比较。
     
 顺利的话，“创造力”号将会尝试挑战性越来越强的飞行项目。它的设计目标是可以在离地15英尺，从起飞点算起，最多可以跨越三个足球场的距离。它的电池将飞行时间限制在90秒之内，虽然听起来不太长，但在火星上进行飞行试验已经足够了。
  
 斯坦福大学航空工程师、从事硬币大小的微型飞行器研究工作的依兰·克鲁和巴拉兰进行了合作。克鲁说：“我们很快意识到，在大气中飞行微型设备，与在火星上飞行尺寸稍大的设备非常相似，至少在空气动力学上非常相似。我们的微型旋翼设计，放大一些以后就可以在火星上飞行。”
  
 巴拉兰和克鲁在21世纪初，向美国宇航局（NASA）提交了建造火星直升机的提议，尽管有评审团的积极反馈，但该提议未获得资助。于是，这个想法又搁置了15年，直到美国宇航局喷气推进实验室主任查尔斯·埃拉奇要求巴拉兰重新编写该提案，并将之作为该机构最新火星车上可能搭载的附加试验项目。
  
 2018年，美国宇航局官员宣布，小型无人驾驶直升机将成为2020年火星飞行任务的附属科学任务。
  
 就物理学而言，火星上直升机的飞行原理与在地球上基本相同：叶片旋转，下拉空气的速度足够快以产生升力。但是，细节决定成败。在一次早期测试中，来自加利福尼亚的机器人制造厂的工程师发现，一旦房间被密封并且抽出空气以复制火星状态后，飞行器就开始表现不稳定。
     
 在地球上，由于叶片的长度和旋翼周围的湍流空气动力学环境，直升机叶片在旋转时具有上下拍打的自然倾向。如果不是由于地球的浓厚大气将拍打的振动衰减到可以控制的水平，那么拍打造成的反馈力度将大得惊人。而火星的大气过于稀薄，无法产生这种阻尼效果，机器起伏不定的话，会给系统造成严重破坏。为了弥补这种影响，“创造力”号团队重新打造了更加坚硬的叶片。
  
 “创造力”号不过是“小试牛刀”，更神奇的操作还在后面。美国宇航局计划在2025年派出一架名为“蜻蜓”的小型核动力四旋翼飞机，在土星最大的卫星土卫六附近，执行寻找生命的任务。“蜻蜓”的寿命将比“创造力”号长得多，预计它将用两年时间在土卫六上空飞行，而且具有2英里的飞行高度范围。
  
 土卫六被认为是太阳系中最容易飞行的地方，因为它的大气层非常稠密且重力很小。巴拉兰说：“如果你不介意那里太冷，可以自己驾驶飞机飞到那里去。”
  
 当然，就目前而言，人们还不得不使用无人直升机。

2. 美国宇航局直升机在火星上进行历史性试飞

 NASA's Ingenuity helicopter has successfully completed a takeoff and landing on Mars.NASA的 机智号 直升机成功完成了在火星上的起飞和降落。
     
   The U.S. space agency says Monday's flight was historic because it marked the first time any aircraft had performed powered, controlled flight on another planet.美国航天局表示，周一的飞行具有 历史 意义，因为这标志着任何飞机首次在另一个星球上进行动力控制飞行活动。
     
   The flight was announced Monday by flight controllers at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in California. The team said it was able to confirm the flight after receiving data and images from its Mars explorer, Perseverance. The explorer was carrying Ingenuity when it successfully landed in Mars' Jezero Crater in February.周一，美国国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）的飞行控制器宣布了这一飞行活动。该团队表示，在从其火星探险家“恒心计划”接收到数据和图像后，便确认其能够飞行。当探险者于2月成功登陆火星的Jezero Crater时，它正进行着独创性的 探索 。
     
   NASA said the solar-powered experimental aircraft lifted off the surface of Mars at 10:34 UTC. Controllers chose the day and time based on Ingenuity's readiness and when flight conditions were acceptable.美国宇航局说，太阳能实验飞机在世界标准时间10:34从火星表面升起。管制员根据 机智号 的准备情况和可接受的飞行条件从而选择了日期和时间。
     
   Ingenuity climbed about 3 meters and hovered for 30 seconds before landing safely on the surface, NASA reported. It added that Ingenuity's first flight was autonomous. That means the aircraft piloted itself with the help of built-in guidance and control systems developed by JPL's team.据美国国家航空航天局（NASA）报道，机智号爬升了约3米， 徘徊 了30秒，然后才安全降落在水面上。它补充说，机智号的第一次飞行是 全自动的 。这意味着飞机在JPL团队开发的内置制导和控制系统的帮助下进行了自行驾驶。
     
   The space agency said the operation "was full of unknowns" because of the very different conditions on Mars compared to Earth. For example, gravity's pull on the surface of Mars is one-third of Earth's. And the Red Planet's atmosphere is much thinner, with one percent of Earth's atmospheric pressure. To complete a successful flight, engineers said the helicopter's blades needed to spin five times faster than they would have to on Earth.美国宇航局说，由于这次行动“充满了未知数“，因为地球相比火星的情况是大不相同。例如，火星表面的引力是地球的三分之一。而且，红色星球的大气层非常稀薄，只有地球大气压力的百分之一。工程师说，要完成一次成功的飞行，直升机的 叶片 旋转速度需要比在地球上旋转的速度快五倍。
     
       
   Perseverance acted as a communications link between the helicopter and Earth. It also documented Ingenuity's activities with its high-tech imaging equipment. Ingenuity itself does not contain scientific instruments. It was designed only to demonstrate whether such aircraft could be valuable in future exploration activities on Mars or other planets.毅力号是直升飞机与地球之间的沟通纽带。它还通过其高 科技 成像设备记录了机智号的活动。机智号本身不包含科学设备。它的目的只是为了证明这种飞机在未来在火星或其他行星上的勘探活动中是否有价值而已。
     
   The first picture captured was a black and white image showing the helicopter's shadow as it hovered above Mars. Next came color video of Ingenuity's landing that was taken by Perseverance.捕获的第一张图片是黑白图像，显示了直升机悬停在火星上方时的 阴影 。接下来是由毅力号拍摄的机智号着陆的彩色视频。
     
       
   Additional flight tests are to be carried out, with plans to see if Ingenuity can go a little higher and farther each time. NASA said such helicopters could assist astronauts on future search and collection missions.除此外，还将进行额外的飞行测试，并计划查看机智号是否每次都能走得更高和更远。美国宇航局说，这种直升机可以协助宇航员进行未来的搜索和收集任务。
   NASA has compared Ingenuity's attempt to the Wright Brothers' first flight of a motor-driven airplane near Kitty Hawk, North Carolina, in 1903. In recognition of that historic flight, a small piece of cloth that covered a wing from the Wright Brothers plane was attached to the helicopter for its first flight on Mars.NASA将机智号的尝试与赖特兄弟（1903年）在北卡罗来纳州的基蒂·霍克（Kitty Hawk）附近首次驾驶机动飞机的尝试进行了比较。对于那场飞行的所包含的 历史 性， 赖特兄弟（Wright Brothers）飞机的和火星上进行首次飞行活动的直升飞机机智号上联系起来了。
     
   After Ingenuity's successful flight, project leader MiMi Aung said: "We've been talking so long about our Wright Brothers moment, and here it is."在完成机智号的成功飞行之后，项目负责人MiMi Aung说：“我们一直在谈论我们的怀特兄弟的时刻，但现在迎来了新的篇章。”

3. 火星上的第一架无人直升机“机智”号首飞，NASA拍到UFO

据报道，美国   航天局（NASA）   表示，火星上的第一架无人直升机“机智”号直升机已成功完成了火星上的首次飞行。航天局   在社交媒体上发布了“毅力”号火星车拍摄的照片，该照片显示了类似于“彩虹”的光晕，疑似UFO。  
  
   机智号团队表示，从火星传回地球的数据显示，机智号完成了大约40秒的火星首飞。垂直上升3米后，它执行了所有设置动作，例如悬停，下降和着陆。  
     
  机智号试飞时间为美国东部时间19日3时34分（北京时间15时34分），美东时间当天6时46分（北京时间18时46分）接收到机智号通过毅力号火星车传回地球的数据，确认其上升至预设的3米飞行高度，悬停约30秒，随后降落并顺利在火星着陆。 
  
  此前，NASA原定于4月11日尝试首次动力飞行，但在机翼的高速旋转测试中，直升机计算机在从飞行前模式到飞行模式的过程中出现了问题，并且测试提前终止。 
  
  为了能够在稀薄的火星大气层中飞行，与在地球飞行的直升机相比，智能手机火星无人机需要克服哪些困难？   机智号实际上是小型的共轴双旋翼直升机。它通过螺旋桨旋转提供升力，可以准确控制4个旋翼的倾角，2个螺旋桨的反向旋转扭矩抵消，而无需尾桨，整体结构更适合折叠。  
  
  这项耗资8500万美元的飞行是一项技术演示，旨在证明它可以在火星上进行动力控制飞行，并且没有其他额外任务。   机智号固定在毅力号的底部。他们在8分钟内从每秒5公里的速度减速到0的测试中成功降落在火星。  
  
  几十年来，人类对火星的 探索 几乎贯穿了整个人类航天史，但这些火星 汽车 都有一定的局限性。   如果想在火星上起飞，则飞机必须非常轻，螺旋桨的转速必须非常快。“机智”号直升机搭载“毅力”火星 汽车 于今年2月成功降落在火星表面，于今年2月成功降落在火星表面。

4. NASA火星无人直升机完成测试飞行！2021年上火星创历史

火星2020探测车是NASA的下一代火星车，预计将于2020年7月发射。值得一提的是，一架无人直升机将乘着这趟顺风车登上火星，以验证重于空气的航空器在火星飞行的可行性。如果一切顺利，火星2020探测车将于2021年初登陆火星，并在几个月后部署火星直升机，进行 历史 性首飞。
  
 
  
 据报道，火星直升机项目始于2013年8月，由NASA喷气推进实验室负责。在经过反复的精心设计后，火星直升机的质量被控制在仅1.8千克。今年（2019年）一月份，火星直升机成功完成了第一轮试飞。
  
 
  
 毋庸置疑，在火星上放飞无人直升机是一个巨大的挑战。直升机靠空气动力克服自身重力升空飞行，而火星上的空气极为稀薄，密度仅地球的百分之一。而且，火星直升机还不得不接受火星夜晚-90°C的严寒考验。
  
 为了对火星直升机进行有效测试，NASA喷气推进实验室几乎百分之百地还原了火星飞行环境。火星上的大气以二氧化碳为主，研究人员将模拟仓抽成真空，然后充入适量二氧化碳，创造出类似火星的大气环境。
  
 
  
 当然，这还不够，还有一个重要因素要考虑——重力。火星上的重力要比地球小，因此测试时研究人员在火星直升机顶部安装了一条电动拉绳，以抵消地球上的部分重力。
  
 在第一次测试飞行中，火星直升机实现了自主悬停，第二次则成功飞行了一分钟。在此之前，研究人员已经用工程模型了展开了超过75分钟的飞行。而最近这轮飞行测试才真正近乎于实操。
  
 
  
 如果火星直升机被确认可行，那么意义是重大的。要知道，火星直升机的低空飞行探测将弥补现有的火星车地表探测和卫星轨道探测的不足，对火星实现更全面探测。
  
 
  
 至于火星直升机最终在火星上会有什么表现，让我们拭目以待吧！

5. NASA火星直升机成功完成第四次飞行：且飞得更远更快

 据外媒报道，Igenuity这架“高风险、高回报”的直升机现在正为NASA带来丰厚的回报。 当地时间周五，它完成了第四次也是最雄心勃勃的一次火星飞行测试。 
      NASA喷气推进实验室(JPL)在Twitter上发了一条宣布飞行测试“成功”的推文，其称Igenuity飞得比以往任何时候都要快。另外，NASA还分享了一张来自“毅力号”探测器摄像头拍下的照片，照片显示了直升机在远处飞行的样子。
         这架飞机原本计划在周四进行第四次飞行，但一个已知的故障使它无法切换到飞行模式。不过直升机依然安全 健康 ，它仍可以做到随时起飞。
   最新的测试计划是将直升机飞行到16英尺（5米）的高度、收集下面的风景图像、在空中盘旋一段然后返回起飞地点。飞行路径设定为436英尺（133米），持续117秒。
   从火星发回数据需要时间，但NASA希望能在飞行期间收到大量由直升机拍摄的照片。这将有助于证明旋翼机的潜力进而用于侦察，然后可以协助表面车辆。
   NASA表示，这架勇敢的直升机已经达到或超过了它的所有技术目标。这给了直升机团队尝试更大胆的第四次飞行的许可从而提高其在火星稀薄大气中的飞行能力。
   如果NASA计划的第五次飞行也获得成功，那么它将很快进入新的演示阶段。下一阶段将优先考虑“毅力号”并研究Ingeunity如何帮助探测器研究火星和寻找古代微生物生命的迹象。
     旋翼机不再需要证明在另一个星球上进行有动力、有控制的飞行是可能的。它已经做到了这一点，甚至更多。从现在开始的每一次飞行都将会为它留下更多的航空遗产。

6. 人类第一架火星直升机终于来了，将首次在另一个星球的天空飞行

2021年2月19日，毅力号火星探测器成功降落在火星表面，其相机拍摄的火星照片已经传回地球。值得注意的是，毅力号火星探测器还携带名为机智号的火星直升机。  
  
 
  
     
    火星表面上的机智号直升机概念图  
  
 
  
  
   机智号直升机是人类派往外星球的第一架直升机，它将进行一次开创性尝试。目前，机智号正附着在毅力号腹部，它的防护罩刚被抛离，露出真面目。  
  
 
  
     
    安装在毅力号底部的机智号直升机  
  
 
  
  
   机智号火星直升机史无前例，处在一个摸索阶段。如果一切顺利，将完成以下几个人类 探索 太空的里程碑：第一，完好无损的抵达火星并安全着陆；第二，成功的从火星车上转移到火星地面；第三，在火星寒冷的夜晚实现温度的自主调整；第四，自行利用位于旋翼上的太阳板进行充电；第五，通过火星车上的直升机基地与直升机自动完成信息的相互传输。  
  
 
  
     
 
  
  
   机智号火星直升机整体结构是由一副共轴反转的螺旋桨、4个支架式起落支撑装置、14厘米边长的仪器舱，顶部的一个太阳能电池板组成，并采用高通Snapdragon Flight平台作为其计算机的核心，包括一颗四核CPU、一颗GPU和一个5500万像素俯视图像信号处理器。  
  
 
  
     
 
  
  
   机智号火星直升机的尺寸很小，螺旋桨直径为1.2米，机高0.8米，旋翼直径超出机身仪器舱长度。总质量为1.8公斤，共轴螺旋桨转速为每分钟2400转，桨尖速度小于0.7马赫，最大飞行距离为300米，无线电控制范围为1公里，最大飞行高度仅为5米，最大水平飞行速度为每秒10米，垂直速度为每秒3米。每次起飞到着落，持续时间仅为90秒。   
  
 
  
     
 
  
  
   虽然火星的表面引力只有地球的三分之一，从这点看有利于飞行器飞行，但是火星的气压只有地球气压的1%，空气非常稀薄，因此要求螺旋桨转动更加快速才行。火星表面的温度区间为零下90摄氏度，有些地区还会更冷，这对于航空器而言是个灾难。  
  
 
  
     
 
  
  
   飞机起飞的原理是依靠机翼上下表面的压力差获得升力，火星大气密度极低，说明其飞行环境非常恶劣。同时，火星的引力只有地球的三分之一，这对降落、悬停提出了更高的要求。综合评判，机智号直升机在火星表面的飞行环境相当于3万米高度的大气，这是目前地球上直升机飞行高度的2倍以上。  
  
 
  
     
 
  
  
   机智号直升机在稀薄的火星大气中飞行，与地球飞行器一样遵循相同的物理规律，也必须满足相同的三个基本条件：升力等于重力、推力等于阻力、稳定可控。火星直升机依靠独特的旋翼系统满足上述三个条件。  
  
 
  
     
 
  
  
   机智号火星直升机有上下两副旋翼，共用一个旋转轴。上下旋翼的旋转方向是相反的，这样可以抵消力矩，让直升机获得平衡。采用共轴反转设计，大大降低了直升机自身的质量。  
  
 
  
     
 
  
  
   与传统直升机相比，机智号火星直升机旋翼系统的独特性有四条：  
  
 
  
     
    调试机智号直升机  
  
 
  
  
   机智号火星直升机依靠顶部的太阳能板进行充电，电能储存在锂离子电池中。充电一天，大概能够飞行90秒，同时安装有一个彩色相机和一个黑白相机。  
  
 
  
     
 
  
  
   这架直升机无法直接和地球联络，要通过毅力号火星探测器进行信息接力传输，因此，不能飞离毅力号太远，最远航程仅300米，最远通讯距离为1公里。  
  
 
  
     
 
  
  
   NASA工程师将机智号直升机安装在毅力号火星探测器的腹部，并由一个防护罩保护，在下降过程中免受损坏。当毅力号着陆火星并抵达合适的地点，机智号直升机的防护罩首先会脱落，解锁释放系统，将直升机放正，直升机桨叶朝上，着陆腿朝下，解锁着陆腿，之后将直升机放置火星表面。  
  
 
  
     
 
  
  
   机智号火星直升机的主要目的是评估这项技术是否能够在火星大气环境中实现安全、可靠的飞行，并能够提供更好的火星表面测绘工作，以及引导火星车前进的路线，从而为火星探测任务提供更多的信息，帮助他们规划探测路线和规避危险。  
  
 
  
     
 
  
  
   机智号火星直升机比轨道上的人造卫星分辨率更高，而且比火星车更加灵活，机动性更强。一旦飞行成功，将为未来火星探测增加了全新的方式。

7. 美国首架火星无人直升机首飞成功，大疆无人机可以在火星飞行吗？

不太可能飞行，因为火星的大气比地球薄，主要是二氧化碳。一般的无人机的飞行，其实是需要发动机需要大量的氧气推动的，通过旋翼旋转产生升力起飞。所以无人机的飞行能力受空气密度的影响很大。而火星的空气稀薄如果密度太小，就不能产生足够的升力。即使在地球上，如果氧气含量很低的地方，无人机的飞行高度也只有三四公里。

火星的空气是由什么组成的？仅仅是因为火星大气非常稀薄，96%的二氧化碳，1.93%的氩，1.89%的氮，还有少量的氧气和水。大气充满了尘埃，包括直径为1.5微米的颗粒。就是那些颗粒把火星表面的天空染成了黄褐色。火星上的气压介于0.4和0.87 kPa之间，这个数值的范围相当于地球海平面的1%，环境仍然很恶劣。
火星的温度怎么样？
由于长时间受到紫外线的照射，火星表面的土壤中含有大量的氧化铁，从而形成了一层红黄相间的氧化物，就像一个生锈的世界。因为火星离太阳较远，接收到的太阳辐射能量仅为地球的4%，所以地球的平均温度比地球低约30摄氏度，昼夜温差高达数百摄氏度。靠近火星赤道，最高温度可达约20℃。在火星上也有大气层，其主要成分是二氧化碳，占百分之九十五左右，还有一氧化碳和水汽。

火星的环境怎么样？
火星上剧烈的沙尘暴气候也是很著名的，从小型龙卷风到全球沙尘现象都有。就拿后一种情况来说，这种气候现象实际上就是吹进大气层的尘埃，通过阳光的照射使气温上升。更热的沙尘混合在一起，空气变得更热，风力更大，随后形成了长达数千公里的沙尘暴，而且每次这种气候现象都会持续几个月。到了这个程度，一看就会发现沙尘暴几乎可以将火星遮住。

8. NASA“机智”号火星直升机完成首飞，为行星探索开辟新的可能性

4月19日清晨，经过美国航天局工程师的证实，NASA（美国国家航空航天局）的“机智号”无人直升机在火星成功进行了首次试飞。这无人机升离火星表面10英尺，持续39秒，这是人类首次在另一个行星完成动力飞行。 
     
   这架4吨重的“机智号”无人直升机于火星时间下午12点34分（美国东部时间凌晨3点34分）升空，实现了在火星超薄大气层中的首次飞行。这些叶片的转速超过了2500转/分，比直升机在地球上飞行所需的大约500转/分要快得多。美国航天局说，无人机在降落前在地面上方盘旋了大约30秒，完成了一次完全自主的39.1秒飞行试验。  
     
   2月18日，“机智号”无人直升机与NASA的“恒心漫游者”一同抵达火星。4月4日开始，这架无人机将在为期31天的时间里进行五次飞行测试。上周因为在飞行前的测试中遇到故障，导致重新上传了“机智号”的整个飞行软件而发生试飞延误，最终在本周一成功飞行，并为今后的飞行测试奠定了基础。