科技行者机智号在火星成功起飞,对地球人意味着什么?

机智号在火星成功起飞,对地球人意味着什么?

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2021年4月22日 10:45:37 科技行者
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机智号直升机在另一颗星球表面的首次动力飞行,标志着人类在太空探索领域树立起又一座新的里程碑。

来源:科技行者 2021年4月22日 10:45:37

关键字:火星 NASA

今年2月与毅力号探测车同时登陆火星的机智号直升机,于日前从火星表面成功起飞。更重要的是,机智号在“火表”上方三米处悬停约30秒后,又重新降落于地面。 

听起来好像不是什么难事,但其中却是大有玄机。机智号直升机在另一颗星球表面的首次动力飞行,标志着人类在太空探索领域树立起又一座新的里程碑。 

虽然阿波罗11号航天器几十年前就成功登陆了月球,但它在发射时只需要克服月球引力、重返地球环绕轨道即可。然而,火星的情况完全不同,要求我们在一个大气密度仅为地球百分之一的环境下维持稳定飞行。 

而且请大家注意,机智号直升机的制造前后投入六年。只有我们认清了这架小小直升机中的复杂奥秘,才能理解为什么它的制造要耗费这么长时间。 

在火星表面起飞,为什么如此重要? 

在红色星球上放飞直升机,会带来一系列技术挑战。首先也是最重要的一点,就是怎么为直升机提供足够的升力。 

直升机的叶片或者说“旋翼”必须通过极高的旋转速度才能产生足够的升力,但这里还有一个隐含的前提——一定的大气密度。虽然火星上确有大气层,但却远远比地球大气更稀薄。 

换句话说,机智号在火星表面的飞行难度,相当于要在地球上10万英尺的高度放飞直升机。作为参考,商用客机的飞行高度一般在地球表面3万到4万英尺之间,而大家熟悉的直升飞机最高飞行高度一般为42000英尺。 

为了提前在地球环境下模拟起飞过程,研究人员需要建设一处加压室,并从中抽掉大量空气以还原火星环境。 

再来看火星重力,其大约为地球重力的三分之一——这算是个难得的利好消息。如果忽略掉火星与地球在大气密度方面的差异,那么只要重力较小,我们就能以更低的输出功率让机智号成功升空。 

但很遗憾,火星重力的优势被稀薄的大气轻易抵消,起飞难题仍然存在。 

因此,机智号的顺利升空除了具有伟大的历史意义之外,同时也有重要的现实意义——代表着我们成功克服了以上种种难题。 

先进制造 

机智号可以通过两种主要手段克服火星稀薄大气带来的挑战。首先,为了产生升力,两个碳纤维制成的旋翼必须保持远超常规直升机的旋转速度。 

在地球上,大多数直升机与无人机的旋翼会保持每分钟400到500转的旋转速度。而机智号的旋翼则将转速速度提升至每分钟2400转。 

此外,机智号还拥有独特的机体与翼展比。尽管机智号的本体只有一个纸巾盒大小,但其翼展却长达1.2米。 

此外,就连通讯信号的发射都需要借助一系列先进技术。虽然在理论上,无线电信号只需要几分钟就能从地球传递至火星,但直升机要真正接收到信号仍要忍受长达几小时的延迟。 

没错,信号需要由地球上的计算机出发,先后经由卫星天线、火星轨道探测飞行器、毅力号探测车、最后才抵达机智号直升机。 

机智号在火星成功起飞,对地球人意味着什么?

火星上的遥控飞行 

机智号承载着重要的技术演示任务。简而言之,机智号唯一的目标就是证明自己有能力完成一系列简单任务。在接下来几周内,这架轻的直升机还会进行三到四轮飞行,其中包括一轮极具冒险性的300米持续飞行计划。 

飞行期间产生的数据将通过收集分析,为后续更复杂的火星飞行器提供设计指导。因此看似简单的机智号,实际是在为地外飞行器的设计研究新时代拉开序幕。 

同样重要的是,无人机与直升机天然拥有远超传统探测车的侦察能力,可以在火星表面提前核查区域情况、确认是否安全,而后再由火星探测车亲自前往。这类飞行器甚至有望帮助人类在火星表面大范围寻找水资源与生命迹象。 

预计到2035年,第一批人类将正式登陆火星。作为技能储备中的重要环,他们将通过培训了解如何在现场实时操作火星飞行器,调查一切可能造成人身、宇航服、飞行器或探测车损伤的风险因素。 

敬畏过去,展望未来 

为了向地球上的首次动力飞行致敬,NASA喷气推进实验室的科学家们还在机智号火星直升机上搭载了一份小小的“纪念品”——1903年莱特兄弟飞机上的一小块机翼材料。这块珍贵的材料,就藏在机智号一块太阳能板下方的电缆处。 

这是莱特兄弟的飞机材料被第二次带入太空;当初的阿波罗飞行任务中,宇航员们就已经将机翼材料带上月球。 

研究人员还在努力克服地外飞行带来的其他障碍。蜻蜓号直升机已经启程,预计将于2034年抵达土星卫星泰坦表面并尝试飞行。 

随着我们对更多行星展开探索,人类史正缓缓翻开新的篇章。