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用探测机器人搭载的直升机…人类终于翱翔在火星上空

李永完 科学专业记者

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美国宇航局(NASA)的超小型无人直升机“机智号”于19日下午4点30分(韩国时间,火星时间下午12点30分)在火星成功进行了首次试飞。白天,太阳能电池板充满电的机智号以超高速度旋转两个旋翼,上升到3米的高度后再次下落。当天,NASA接收到了机智号悬浮于空中的画面。

机智号的飞行时间虽然不超过30秒,却成为了人类历史上最重要的瞬间。NASA的机智号负责人米米·昂(音)博士说:“我们在其他行星上,取得了和莱特兄弟首飞一样的成功。”

就像1个世纪前莱特兄弟仅用12秒的首次动力飞行改变了人类的历史一样,这次人类制造的动力飞行器首次在地球以外的地方飞上了天空。现在,人类不仅可以在地面,还可以在空中探测月球和火星等地外天体。

▲ 在火星上成功首飞的瞬间,无人直升机“机智号”拍下了地面上自己的影子。/ NASA

机翼旋转的速度是地球直升机的5-6倍

机智号重1.8公斤,安装了49厘米高、1.2米长的两个旋翼。今年2月18日,它乘坐“毅力号”火星探测器抵达火星。NASA为了祈祷飞行成功,从莱特兄弟首次动力飞行成功的飞机“飞行者1号”上切下邮票大小的一块布片,贴到了机智号身上。

在此前的火星探测中,只有带轮子的机器人,没有飞行体,是因为这里的空气与地球迥然不同。只有空气迅速流向机翼周围,直升机才能产生让机体升空的拉力。但火星大气只由地球的1%,无法形成这种力量。

NASA的科学家们提升了旋翼旋转的速度,克服了空气稀薄的局限。机智号可以向反向转动2个旋翼,每分钟能旋转2500次。这一速度是地球直升机的5-6倍。此外,在地球上,空气可以让旋翼不掉出来,而火星上没有这样的空气,所以使用碳复合材料制造了比地球上更坚固的旋翼。

在机智号飞往火星之前的2019年,NASA的科学家在地球上成功进行了事前飞行试验。在真空容器中注入火星大气的主要成分二氧化碳,在符合空气密度的情况下进行了试飞。

通过火星周围的宇宙飞船接力传输飞行的画面

当初,NASA计划在本月12日进行飞行试验。但在此前进行的机翼高速旋转试验中,出现了命令信号早于计划结束的问题,所以将试飞日期推迟到了4月14日以后。这段时间,NASA通过更新软件等解决了问题,最终于上周五成功进行了机智号的旋翼高速旋转试验,完成了飞行准备。


从滞后3个多小时的当天晚上7点50分起,NASA开始接收机智号的相关飞行数据。这一过程通过NASA TV和社交媒体进行了转播。因为火星和地球的距离,很难进行直播。

▲ 1903年12月17日,莱特兄弟在美国北卡罗来纳州的基蒂霍克成功完成了人类的首次动力飞行。第一次飞行的时间是12秒。/ 维基共享资源
地球和火星之间的距离平均为2.55亿公里,电波传过来需要15分钟左右。韩国航空宇宙研究院责任研究员崔杞爀介绍说:“飞行影像等大容量数据无法直接传回地球,而是通过绕火星轨道运行的其他宇宙飞船进行转播,因此更加滞后。”

机智号以本次首飞为开端,将在30天里共准备5次飞行试验,目标是在最高5米的高度上飞行300米。计划是以观测地面的导航黑白摄像头探索不同于第一着陆点的第二着陆点,并用彩色摄像头拍摄距离空中很远的地方。

空中探测地外天体的时代拉开帷幕

火星探测长期依赖于人造卫星观测或固定型探测器。1997年,NASA装有轮子的“旅居者号”首次直接在火星表面移动并开始观测。随着“机智号”取得成功,人类将进入空中探测火星的新时代。

和机器人相比,直升机可以更大范围地进行观测,比卫星观测更为详细,可以探测到移动型探测器无法到达的地方,也可以在低于轨道线的高度更仔细地探测地面。NASA决定在2030年代探测土星的卫星“泰坦”时,使用名为“蜻蜓号”的无人直升机。

输入 : 2021-04-20 10:33  |  更新 : 2021-04-20 13:52

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