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人类首个地外直升机机智号将如何在火星上

发布时间:2023-10-31 11:16:19   点击数:

再过几天,不晚于4月8日,伴随毅力号登上火星的机智号直升机,将在火星上进行人类第一次地外飞行。让我们来讲讲机智号将如何在火星上飞起来。在起飞之前,NASA要进行一系列的准备工作。首先,要找一块10x10米大小的平地,做为机智号的起降场。

卫星图片上的火星起降场

现在这个场地已经找好了。在NASA的火星勘测轨道器(MRO)上的HiRISE照相机拍摄的图片上,我们看到有一块平地,将成为机智号飞升的地点。不过,在飞行试验开始之前,NASA要先完成六个步骤,并耗时6个火星日。一个火星日为24小时39分35秒,只略多于1个地球日,所以六个火星日基本上就是六个地球日的时间。

毅力号摄影机拍摄到的起降场照片

第一步,要把机智号从现在的锁定状态解锁出来。机智号在随毅力号登陆火星时,是附在毅力号车身下面的,外面盖着一个防护罩。3月21日,防护罩已经被抛弃,里面的机智号已经显露出来,这时的机智号还处于一种折叠状态。

毅力号火星车下面的机智号

第二步,在第二个火星日,一个机械手将把机智号旋转出来。现在的机智号,是被机械手固定住的。之后,机智号要伸展开来四个着地脚中的两个。

机智号进行翻转

在第三个火星日,一个电动马达将机智号旋转,进入垂直锁定状态。在第四天,剩下两个腿会伸展开,就位。这样一来,整个机智号的展开工作就完成了。机智号的展开之所以就要花上四天,是因为每做一个动作,毅力号的摄影机都要拍摄下来,传给地球,经过确认无误之后才会进行下一步。从火星到地球的通信延时,在3分钟到22分钟之间,而且图像传输也很花时间,所以没办法快速完成。

机智号的结构

到了第五天的时候,机智号处于悬挂在毅力号车身之下的状态,与毅力号通过缆绳和电线相连,距离火星地表约5英寸,合13厘米。

垂直悬挂的机智号

这时候毅力号要抓紧时间,为机智号充电。机智号上携带着六块索尼制造的锂电池,可以存储35到40瓦时的能量。在机智号的旋翼之上,有一块太阳能电池板,这之后将通过太阳能电池板给锂电池充电。

机智号与毅力号

到了第六天,就是大众期待已久的机智号的试飞了。届时,毅力号将切掉与机智号相连接的缆线,并驶离至少5米距离,以免影响机智号的飞行,也要防止机智号的旋翼切割毅力号上的设备。这之后,毅力号与机智号将通过Zigbee无线通信模块相互沟通,能在米距离内提供kbps的通信连接。

骁龙被锤子手机所使用

机智号使用的主控芯片是骁龙,高通公司年发布的高端手机芯片,曾被小米4和罗永浩的SmartisanT1等一票手机所搭载。时至今日骁龙在机智号上再度进入人们的视野,颇有一种出土文物的感觉。不过机智号的操作系统没有使用安卓,采用的是Linux。

怀特兄弟制造的人类第一架飞机

做为人类第一个外星飞行器,NASA特意将人类第一架飞机,怀特兄弟的飞行者号上的一小片材料,贴在了太阳能电池板的下面。年,尼尔·阿姆斯特朗登上月球时,也携带了飞行者号的一片,带上了月球。

机智号起飞

在火星上飞行比地球上难得多。火星地表的空气密度只有地球的1%,相当于地球上3万米高空的大气密度。人类直升机最高飞行记录是法国飞行员让·布雷于年6月21日创下的米的高度记录,使用的是SAB美洲驼直升机。在大约1万2千米高度,空气密度还有地面的20%。可想而知,机智号想要飞起来,需要付出更多工程上的努力。

机智号

为了让机智号飞起来,NASA工程师想了几个办法。一是让机智号尽量轻巧。机智号质量仅有1.8kg,而且火星上的重力只是地球的37.5%,不到地球的四成。为了尽量增加升力,螺旋桨的直径达到了1.4米,而且转数高达每分钟转。做为对比,地球上的直升机螺旋桨转数通常为每分钟4、转。

共轴反桨技术示意动画

机智号的螺旋桨,还采用了共轴反桨技术,即两个螺旋桨分别朝相反方向旋转。共轴反桨技术能增加升力,抵消扭矩,尤其是提高飞行器在低速飞行时的稳定性。

等待起飞的机智号

这一系列的技术手段,已经在地球环境下得到了验证。机智号的飞行能力,最高能达到每秒钟升高3米,水平移动10米,在最长90秒的飞行时间中,最远可飞行90米。总的来说,飞行性能还是不错的。

机智号在火星飞行模拟效果

在第一次飞行时,机智号打算以1米每秒的速度升到3米高度,悬停20秒钟之后就返回地面。在飞行过程中,将拍摄一系列照片。飞行结束之后,同其他飞行数据一起传给毅力号,再传回地球。

机智号可能的飞行路线

机智号在火星上的飞行将是全自动的。目前火星距离地球大约2亿公里,信号单向传输时间需要11分钟,任何地球上的实时操控都是不可能的。第一次飞行成功之后,未来也可能会尝试在4.5米高度飞行50距离,并降落在新的地点。

飞行的机智号

做为第一个火星直升机,机智号只是一次尝试。就好像NASA第一个火星车探路者号那样,验证了火星车在火星上运作的可行性。按照NASA的期望,机智号将进行1至5次飞行。也就是说,机智号只要能飞起来,任务就算成功了。

毅力号与机智号

基于这次机智号的飞行经验,未来NASA会设计更复杂的火星飞行器。比如,把旋翼直径增加到3米或者3.5米,载荷提升到15千克。不管怎么说,机智号的飞行,将揭开人类外星探索新的一页。



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