在耶澤羅隕擊坑的平原上，機智號1.2米長的葉片以每分鐘2500轉的速度飛速旋轉，在1%個大氣壓的稀薄大氣中托起自己1.8千克的機身……就在剛剛，機智號火星首飛成功的訊息傳回NASA控制中心，人類飛行器在地球之外實現了首次動力受控飛行。

經歷過多次推遲，並在火星上完成了一次軟體更新後，在毅力號的注視下，機智號無人直升機完成了它的首次飛行。機智號在3米的高度盤旋了約20秒後降落，加上上升和降落，飛行整體持續30秒左右。儘管在火星飛行困難重重，NASA還是擠出一點重量，在機智號上放了一塊萊特兄弟“飛行者一號”的零件，以此紀念本次飛行的重要意義。

1903年，萊特兄弟駕著他們的“飛行者一號”起飛時，不知道他們能否想到一百多年後，人類的飛行器也能在這顆紅色星球上“御風而行”。那時甚至還沒有“科幻”這一概念，基於當時對火星模糊不清的觀測，甚至有人稱火星上存在運河。在此後的一個多世紀，人類的認知邊界和技術實力呈指數上漲。我們把探測器送上了這顆充滿未知的紅色星球，而今天，我們終於實現了火星表面的飛行。

生存

此次起飛的機智號其實是一臺小型的共軸雙旋翼直升機，透過螺旋槳的旋轉提供升力，可以精確控制4個旋翼的傾角，2個螺旋槳反向旋轉力矩抵消，無需尾槳，整體結構也更適合摺疊。

機智號被固定在毅力號的底部，它們一起經受了8分鐘內從秒速五公里減速到0的考驗，降落到這顆太陽系內和地球最接近的紅色星球上。對毅力號來說，在火星降落就是最大的考驗。而對附著在其底面的機智號，考驗才剛剛開始。機智號首先面對的考驗就是火星表面極低的溫度。耶澤羅隕擊坑中夜晚最低溫度為零下90攝氏度，不少電子元件的執行都會受到影響。

擁有核電池的毅力號自然不用擔心能源問題，機智號附著在毅力號上時，尚且可以依靠毅力號的能源保溫。但機智號畢竟還是要離開毅力號的，在拋掉保護罩，緩慢展開，並將六塊鋰離子電池充滿之後，機智號被放置在火星表面。將機智號放下後，毅力號儘快駛離，讓機智號獲得太陽能。依靠著它上方的太陽能板和內部的電池，機智號順利撐過了火星寒冷的夜晚。

我們當然也需要和機智號保持聯絡，但生存下來就已不易，更別提在它上面安裝高功率天線了。而這時，毅力號就充當了中轉站的作用。機智號可以在1千米內和毅力號保持通訊，前者的狀態資訊會被傳到火星人造衛星上，訊號再以光速飛行16分鐘，才能到達地球。

起飛

生存下來後，如何在火星起飛依然是個問題。即使火星是太陽系內和地球最接近的星球，兩者之間還是存在巨大差異。對於飛行來說，最明顯的區別就是火星表面大氣密度只有地球密度的1%。地球上的直升機都存在升限，就算是隻有4000米海拔的青藏高原，大多數直升機就已經難以飛行。而火星地表1%大氣壓的密度，相當於地球上3萬米的高空。

由於大氣過於稀薄，雖然火星表面重力大約只有地球表面的1/3，機智號仍然需要儘可能減輕自己的重量。為了讓機智號能夠在火星上飛行，它還必須足夠堅固，能夠承受高轉速對機體結構的考驗。為此，機智號的旋翼、支腳都使用碳纖維構成。最終，這個翼展1.2米的直升機質量僅有1.8千克，不少人手上的膝上型電腦都比它重。

和1.8千克重量對應的，是機智號旋翼快得有些不真實的轉速。地球上的直升機主旋翼轉速一般為每分鐘300轉左右，而機智號為每分鐘2500轉。飛行時機智號的峰值功率可達350瓦，核動力的毅力號功率也不過110瓦。在地球上這個轉速聽起來可能有些不可思議，不過也正是由於火星表面過低的氣壓，這個轉速才成為可能。但轉速也只能提升到這個級別了，火星表面240米每秒的聲速限制了直升機的翼展和轉速，超音速後翼尖會產生劇烈震顫，威脅飛行安全。

另外，目前地球和火星之間的距離在16光分左右，而機智號飛行時間最多不過90秒，因此機智號必須實現全自主飛行，實時調控飛行引數。為此，機智號搭載了高通驍龍Robotics Flight 801平臺，其核心正是高通驍龍801晶片，大約是七年前的旗艦手機晶片。而機智號上面還搭載了黑白、彩色兩個相機，可以在火星上航拍。第一次飛行拍攝了4張黑白照片和3張彩色照片，受資料傳輸限制，會在3天后傳回地球。

就像在地球上那樣，飛行器起飛對天氣有嚴格的要求。機智號會根據毅力號上火星環境動態分析儀（Mars Environmental Dynamics Analyzer，MEDA）的資料，推測火星上的天氣情況，在電池電量良好的前提下，選擇風力最小時起飛。

未來

這次任務風險巨大，在起飛之前沒人能知道它是否能成功，所以這個耗費8500萬美元的無人機沒有被賦予任何科學目標。它甚至不能算作毅力號的一個科學任務，而是一項實驗性的技術驗證，可以說是一次豪賭。這次飛行驗證了將來火星飛行探測器的可行性，甚至為未來火星宇航員使用無人機打下基礎。

機智號的設計飛行計劃是，在30個火星日（31個地球日）的實驗視窗進行至少一次飛行。但他們實際想達成的遠不止如此。在接下來的飛行中，機智號將繼續依靠太陽能板充電。第二次飛行將會飛到5米高，平移幾米距離，飛行90秒後降落。第三次飛行則會測試機智號的飛行效能極限，最多飛到50米外再返回。第四、第五次飛行則依靠之前飛行獲得的資料決定。每次飛行，毅力號都會將它的鏡頭對準它在機智號，提供更多機智號在火星上的飛行照片。毅力號還會在機智號飛行過程中嘗試錄音，如果可能的話，甚至會拍一兩段影片。

NASA一直以探索者自居，他們一直在思考如何在大眾中更好地傳播科學知識，讓所有人都能參與宇宙探索，毅力號和機智號自然也是他們不會放過的重要機會。毅力號、機智號的裝配全程其實一直都在網上直播。毅力號上還附帶了一塊刻有10932295名網友姓名的矽片，一些我們的讀者朋友也參加了這項活動。就連毅力號著陸過程中的降落傘，都埋有彩蛋。到目前為止，毅力號任務已經回傳並公開了3萬多張照片。

如果將目光望向更長遠的未來，機智號的起飛應該算得上人類對外星球探測中，一個不大不小的里程碑。面對今天的機智號，我們難以想象一百年後人類還能達成怎樣的成就。但有一點可以肯定，面對未知，人類探索的腳步永遠不會停歇。

撰文：王昱 審校：吳非

參考連結：

https://mars.nasa.gov/files/mars2020/MarsHelicopterIngenuity_FactSheet.pdf

https://mars.nasa.gov/resources/25530/mars-helicopter-ingenuity-landing-press-kit/