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在火星上开直升机!——“灵巧号”的火星之旅

355人参与 |时间:2021年11月20日 09:34 |百度已收录


我们能在另一个星球上开飞行器吗?这已不再是异想天开,“灵巧”号飞行器已经在火星上不受地形限制,以更灵活高效的方式移动与测量信息。

人类早已能够让航天器着陆在另一个星球,还可以让它重返地球,但在其他星球大气层内进行持续地飞行是完全不同的过程。以火星为例,首先火星上没有跑道,因此我们只能选择旋翼直升机;其次,火星大气稀薄到仅有地球的1%,要让直升机飞起来可没那么容易。可以做一个简单的类比,在火星上飞行相当于在地球上3万米高空的稀薄空气中飞行,而现在地球上的直升机升限普遍仅有数千米而已,直升机升限的世界纪录也不过12442米。

为了能够在这样苛刻的条件下飞起来,灵巧号必须做到两点:一是其重量非常的轻仅有1.8公斤;二是灵巧号的旋翼转速达到了一般直升机的5-6倍(每分钟2400转),这样才能在那么稀薄的大气中获得足够的升力飞起来。


灵巧号直升机的旋翼

灵巧号于2020年7月30日作为“毅力号”火星车的“秘密武器”发射升空离开地球,于今年2月份抵达火星表面。在脱离毅力号之前,灵巧号由火星车为其供电。随着4月份毅力号清理了灵巧号的太阳能电池板,灵巧号在脱离毅力号后能够实现自主供能。


毅力号腹侧慢慢展开的灵巧号(红圈标注位置)

通过自带的高分辨率相机,灵巧号在飞行时可以获得大量的周边地形信息,帮助“毅力号”火星车更好地规划它的路线,从而减少毅力号轮胎的磨损,提高使用寿命。(此处cue一下前辈“好奇号”单薄的铝制车轮,在探索火星的过程中伤痕累累)


火星车前辈“好奇号”伤痕累累的轮胎

灵巧号的飞行具有很大的自主性。工程师需要提前发送命令,而数据会延迟很长一段时间才反馈回地球(小编注:目前火地间数据传输单向约需20分钟,来回便是40分钟)。在这中间,直升机需要自主决定如何飞到指定地点,并且给自身保温。

2021年4月19日,灵巧号完成了它的第一次飞行,在火星表面3米的高度成功悬停近40秒

5月7日,灵巧号的第5次飞行,没有像先前一样,飞回到事先选定的“机场”,而是在一个新的区域着陆。

第9次飞行,飞行时间达到166秒,距离超过650米,创下了保留至今的最高纪录。

截止完稿,灵巧号已经执行了15次飞行任务。第 14 次和第 15 次飞行也是灵巧号在火星夏季完成的首批次飞行,由于温度较高导致空气密度更低,直升机的旋翼必须旋转得更快才能飞行。科学家们在数千万公里外的地球上继续调试着这架直升机,准备进行下一次飞行,往更长的飞行时间,更高的飞行高度,更远的飞行距离尝试。

灵巧号的15次飞行记录:

第一次飞行:2021 年 4 月 19 日,垂直起飞3米,静止悬停和着陆

第二次飞行: 2021 年 4 月 22 日,垂直起飞5米,悬停,然后向西移动4.2米,然后返回并着陆

第三次飞行:2021 年 4 月 25 日,垂直起飞5米,悬停,以 2 m/s 的空速向北移动100米,然后返回陆地

第四次飞行: 2021 年 4 月 30 日,垂直起飞5米,悬停,以 3.5m/s 的速度向南移动 266米,然后返回着陆

第五次飞行: 2021 年 5 月 7 日,垂直起飞10米,悬停,以 3.5 m/s 的速度向南移动 129米,然后降落在新位置

第六次飞行: 2021 年 5 月 22 日,垂直起飞 10米,悬停,以 14公里/小时的速度向西南移动 150米,向南飞行 15米,再飞行 50米,然后返回陆地

第七次飞行: 2021 年 6 月 8 日,垂直起飞10米,悬停,以 14公里/小时的速度移动 106米,降落在 D 机场

第八次飞行: 2021 年 6 月 21 日,垂直起飞,悬停,向西南移动158米,降落在距离毅力133米的 E 机场

第九次飞行:2021 年 7 月 5 日,西南方向以每秒5米的速度飞过一个预期的研究地点,完成创纪录625米的飞行距离

第 10 次飞行:2021 年 7 月 24 日,在Raised Ridges上空达到创纪录的 12 米高度,飞往 G 机场。飞行时间为 165.4 秒。

第十一次飞行: 2021 年 8 月 5 日,飞行 381米,持续 130 秒,为毅力号漫游车的一系列侦察任务做准备。

第十二次飞行: 2021 年 8 月 16 日,飞行450米,持续 169 秒,在空中爬升 10米,飞越火星的“南赛塔”地区。

第十三次飞行: 2021 年 9 月 5 日,飞行210米,持续 160.5 秒,在火星“南塞塔”地区的一条特定山脊线上爬升 8米。

第十四次飞行: 2021 年 10 月 25 日,完成2米高的“短跳”以测试更高的转速设置。然后在5 米的高度以 1.6公里/小时的速度飞行了 23 秒。

第十五次飞行:2021 年 11 月 6 日,飞回其原始着陆点。它以大约 18公里/小时的速度飞行了总共 128 秒。


灵巧号飞行过程中拍摄的地面

或许我们中的许多人在小时候玩过遥控飞机,长大后也见证了无人机的普及,但灵巧号是首个在另一个星球上实现受控飞行的飞行器。它从实践的角度证实,飞行在另一个星球上也是可行的。灵巧号为未来更多的火星直升机提供了经验,也推动了计划于2034年到达土卫六“泰坦”的“蜻蜓号”直升机的研究。

最后还有一个小知识点,莱特兄弟于1903年试飞了人类第一架飞机“飞行者一号”,而在好奇号火星车上正携带着来自飞行者一号的一小块布料。

未来的某一天,或许人类已经能够在火星上生活,或许人类回收了早已无法动弹的好奇号、毅力号、灵巧号等等,将它们放置在博物馆里,成为人类探索精神的纪念碑,那天还远吗?


责任编辑:王延昕

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号:astronomycn


这张从空间站拍摄的照片显示了巴哈马群岛周围的蓝绿色水域,如图所示,这是2021年11月8日这一周的空间站亮点。


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