火星探测简史 | “机智”号首飞成功，开启火星探索新时代？

经历多次推迟，“机智”号（Ingenuity）直升机，在昨天（北京时间2021年4月19日15:31左右）完成了它在火星上的首次飞行。

“机智号”首飞的完整视频，由毅力号Mastcam-Z相机拍摄 来源：NASA

“机智”号上升到3米的高度后盘旋了约20秒后降落，包括上升和下降的过程，整个过程持续了39.1秒。

由于数据必须通过轨道卫星和NASA的Deep Space Network往返于地球和火星之间，是在三个多小时后才看到了“机智”号首飞的画面。

为了纪念此次飞行，NASA还在机智号上放了一块莱特兄弟“飞行者一号”的零件蒙皮布，宣示人类挑战天空飞行的雄心。

“机智”号飞行时的影子

这是其首次在地球之外进行动力飞行，以证明在火星极其稀薄的空气中进行动力飞行的可行性，有望开创无人机发挥重要作用的行星探索新时代。

“毅力”号的Mastcam-Z相机拍摄的“机智”号

2020年，世界共有三个火星探测器发射，到2021年初它们都进入了火星轨道或在火星上实现了着陆，其中就有美国的火星探测重器——“毅力”号（Perseverance）。

“机智”号的主要目标

火星2020任务的一个非常引人注目的亮点是携带了一架名为“机智”号的微型直升机。

其质量仅为1.8千克，研发等费用却高达8500万美元，单价超过黄金价的600倍以上。

“机智”号飞行示意图

“机智”号高约0.49米，配备2副反向旋转的旋翼，桨叶直径为1.2米，转速2400转/分，大约是标准地面直升机旋翼转速的8倍左右。

直升机机身尺寸为13.6厘米×19.5厘米×16.3厘米。机身下面有4脚起落架，每只起落架高0.384米。

该直升机配有太阳电池阵和锂离子电池组，可为每个火星日进行一次90秒的飞行提供电能。

直升机采用无线通信，配备有计算机、导航敏感器和2台相机（彩色、黑白各1台）。

“机智”号直升机

“机智”号将成为世界首架在稀薄的火星大气中飞行的直升机，以及首架在地外天体表面进行受控飞行的飞行器。

“机智”号并未携带有效载荷，仅进行技术演示验证。

按计划，“机智”号将在着陆火星后30天内进行1次或多次火星表面飞行，每次飞行时间不超过3分钟，距离火星表面高度3～10米，每次飞行距离可达600米左右。

“机智”号直升机个头太小，装不了有效载荷，因此它主要用于技术试验，主要目标为：

第一，在稀薄的火星大气中进行受控飞行；

第二，演示验证小型化飞行技术，这就要求星上计算机、电子元件和其他元件的小型化，从而使得直升机的质量足够轻；

第三，自主运行，“机智”号直升机利用太阳能为其电池组充电，在寒冷的火星夜晚依靠内部加热器维持运行温度。

由于来自地球的指令是通过“毅力”号漫游车中继到直升机，因此每次测试飞行都没有实时输入，需要自主运行。

“毅力”号和“机智”号的合影，由“毅力”号拍摄到的62张照片拼接而成

“机智”号目前进展

今年2月18日，“机智”号搭乘“毅力”号火星探测器登陆火星，第二天，“机智”号直升机通过“毅力”号向地球发回消息，确认了它的状态。这架直升机在火星上着陆后计划在30个火星日内进行首次试飞。

“毅力”号在着陆30多天时间里，进行初始检测以及试运行，之后，“毅力”号将寻找一块平地部署“机智”号直升机，以待后续开展飞行试验。

“毅力”号观察“机智”号首飞的地点被命名为“范·齐尔俯瞰”（VanZyl Overlook），距离机智号飞行区域约60米。

位置示意图

4月4日，NASA确认“机智”号直升机已从“毅力”号火星探测车的腹部分离，平稳降落到火星表面。

截止目前，“机智”号已成功挺过几个火星夜晚，经历了最低-90℃的低温，并成功完成首飞。

“机智”号从“毅力”号腹部分离

“机智”号拍摄的第一张彩色照片，图像显示的是火星杰泽罗陨石坑的地面和NASA“毅力”号火星漫游者的两个轮子

度过了首个火星之夜的“机智”号 来源：EverythingSpace

按目前的计划，完成首飞之后的“机智”号，将继续依靠太阳能板充电，在接下来的一个月的时间里还将完成至多4次试飞，之后就会结束任务。

“机智”号第二次飞行将挑战5米的高度，平移几米距离，飞行90秒后降落。第三次飞行则将测试“机智”号的飞行性能极限，进行距离长达50米的移动。

在“机智”号试飞结束后，“毅力”号将开始专注于它自己的科学使命，除了探索远古生命的“蛛丝马迹”之外，“毅力”号还将收集和储存几十个样本，最早可能在2031年由NASA和欧洲空间局联合送回地球。

来源：“毅力”号推特

本文未注明来源的图片主要引自美国国家航天局网站>>往期回顾<<火星探测简史 | 先发未能制人，苏联探火为何成果寥寥火星探测简史 | 追求“更快、更好、更便宜”，90年代美国只达到30%的成功率

作者简介：李成智，北京航空航天大学人文社会科学高等研究院教授、博士生导师。

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