- 導 讀 -
撰文｜王雨丹
責編｜陳曉雪
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美東時間4月19日凌晨3:34（北京時間19日下午3:34），美國國家航空航天局（NASA）研發的直升機 “機智號”（Ingenuity）在火星起飛。3個多小時後，NASA由傳回地球的資料確認並宣佈 “機智號” 首飛成功。至此，它成為了歷史上第一架在另一個星球上進行動力控制飛行的飛機 [1]。
對於“機智號”的成功首飛，NASA副局長托馬斯·澤布臣（Thomas Zurbuchen）表示：“在萊特兄弟（Wright brothers）成功進行地球上第一次飛行之後的117年，NASA的直升機也成功地在另一個星球上實現了這一壯舉。”
空降火星，能否自由飛翔？
2020年7月30日，美國 “毅力號” 火星探測器（Perseverance rover）發射升空，經歷7個月、4.71億公里的旅程後，於美東時間2月18日下午4:55成功登陸火星表面，成為去年繼中國 “天問一號” 和 阿聯酋 “希望號” 之後的又一 “天外來客”，其主要任務是進行火星 “考古”：尋找火星是否曾有生命存在。
而此次首飛成功的 “機智號”，就是隨著 “毅力號” 一起升空的。
在火星上蟄伏了2個月，它終於迎來了自己的高光時刻。
凌晨3:34，NASA研究團隊所確定的最佳起飛時間。NASA官網資料顯示，“機智號” 攀升至規定的最高高度10英尺（3米）後，穩穩當當地懸停在了空中，半分鐘後機身開始下降。
在總共飛行了39.1秒後，“機智號” 安全回到火星表面 [1]。
“機智號” 位於 “毅力號” 腹部，並覆有保護蓋，以保護其免受探測器著陸時的影響。相比起 “毅力號” 這個1噸重的龐然大物，“機智號” 只能算個弟弟：淨重1.8千克、4個1.2米長的葉片、高49釐米，整體也就一個紙巾盒般大小 [2]。
前：“機智號”火星直升機；後：“毅力號”火星探測器。圖源NASA。
作為老大哥 “毅力號” 的拍檔，“機智號” 機身並不攜帶任何科學儀器，它的目標只是演示直升機在極薄的火星大氣層中如何 “自由飛翔”。
不過，NASA表示，即使是 “陪跑”，要在另一個星球上實現動力控制飛行，也是高難度的 “壯舉”。
不簡單的 “機智號”
火星的大氣層非常稀薄，只有地球大氣層密度的1%。因此，“機智號” 比一般直升機更輕巧、葉片更大、旋轉速度也比地球上直升機所需的速度更快。
此外，火星上平均溫度為-63℃，“毅力號” 所在的考察地點傑澤羅隕石坑（Jezero crater）夜晚溫度更是能低至-90℃，“機智號” 的首要目標之一就是在寒冷的火星之夜生存下來。
為了克服火星上的惡劣條件，NASA研究人員為 “機智號” 精心配備了抗輻射系統和由輕質碳纖維泡沫芯製成的葉片，這不僅能保證它在寒冷的環境中正常執行，還能在稀薄的火星大氣中產生足夠的起飛動力，使之在充滿挑戰的火星環境中自主執行和生存 [3]。
“機智號” 火星直升機的槳葉由輕質碳纖維泡沫芯製成，能在稀薄的火星大氣中提供升力。圖源：NASA。
資訊延遲是跨行星際距離與航天器通訊不可避免的問題。這意味著直升機在起飛後很長一段時間內都無法用操縱桿來控制，也無法檢視每次飛行的資料或影象。但是，“機智號” 真的很機智：它可以根據設計師在地球上設定好的引數自行做出一些決定。例如，它能利用恆溫器使自己在火星上保持溫暖；在飛行過程中，還可以分析感測器資料和地形影象，以確保自己不迷路，始終保持在預定的飛行路徑上。
“機智號” 在火星成功飛起，NASA代理局長史蒂夫·尤爾奇克（Steve Jurczyk）高興地表示：“ ‘機智號’ 是NASA歷史悠久傳統專案中的最新成果，實現了曾被人們認為遙不可及的太空探索目標。”
為了讓直升機盤旋在火星上，NASA研究團隊可謂步步為營。
在NASA官網上，我們可以看到其列出的2021年關於 “機智號” 的計劃清單，包括安全著陸火星並從“毅力號”的腹部執行至地面、在極度寒冷的火星夜晚中保持溫暖、透過太陽能電池板自動充電等 [3]。
“機智號” 在火星表面的飛行，將確認此前在特殊空間模擬艙中進行的飛行測試結果，並提供有關在火星上操作直升機的相關資料。
未來，“機智號” 將在火星上繼續執行，提供 “毅力號” 探測器無法提供的獨特視角並進入 “毅力號” 難以到達的地形。
人類花了幾個世紀的時間，經過反覆試驗和無數次試錯，才弄清楚如何在地球上駕駛飛機和直升機，而 “機智號” 從研發到成功，科學家只花了6年時間。可以說，“機智號” 的起飛，是人類工程學上的又一壯舉，也是人類火星探測的一大步。
“我們不知道 ‘機智號’ 究竟會把我們引向何方，但今天的結果表明，至少就火星而言，天空並不是極限。” 尤爾奇克說。
參考資料：
1. https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-ingenuity-mars-helicopter-succeeds-in-historic-first-flight
2. https://www.nasa.gov/press-release/nasa-to-attempt-first-controlled-flight-on-mars-as-soon-as-monday
3. https://www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/ingenuity/download/ingenuity_landing_press_kit.pdf