首頁>科學>

再過幾天,不晚於4月8日,伴隨毅力號登上火星的機智號直升機,將在火星上進行人類第一次地外飛行。讓我們來講講機智號將如何在火星上飛起來。在起飛之前,NASA要進行一系列的準備工作。首先,要找一塊10x10米大小的平地,做為機智號的起降場。

衛星圖片上的火星起降場

現在這個場地已經找好了。在NASA的火星勘測軌道器(MRO)上的HiRISE照相機拍攝的圖片上,我們看到有一塊平地,將成為機智號飛昇的地點。不過,在飛行試驗開始之前,NASA要先完成六個步驟,並耗時6個火星日。一個火星日為24小時39分35秒,只略多於1個地球日,所以六個火星日基本上就是六個地球日的時間。

毅力號攝影機拍攝到的起降場照片

第一步,要把機智號從現在的鎖定狀態解鎖出來。機智號在隨毅力號登陸火星時,是附在毅力號車身下面的,外面蓋著一個防護罩。3月21日,防護罩已經被拋棄,裡面的機智號已經顯露出來,這時的機智號還處於一種摺疊狀態。

毅力號火星車下面的機智號

第二步,在第二個火星日,一個機械手將把機智號旋轉出來。現在的機智號,是被機械手固定住的。之後,機智號要伸展開來四個著地腳中的兩個。

機智號進行翻轉

在第三個火星日,一個電動馬達將機智號旋轉,進入垂直鎖定狀態。在第四天,剩下兩個腿會伸展開,就位。這樣一來,整個機智號的展開工作就完成了。機智號的展開之所以就要花上四天,是因為每做一個動作,毅力號的攝影機都要拍攝下來,傳給地球,經過確認無誤之後才會進行下一步。從火星到地球的通訊延時,在3分鐘到22分鐘之間,而且影象傳輸也很花時間,所以沒辦法快速完成。

機智號的結構

到了第五天的時候,機智號處於懸掛在毅力號車身之下的狀態,與毅力號透過纜繩和電線相連,距離火星地表約5英寸,合13釐米。

垂直懸掛的機智號

這時候毅力號要抓緊時間,為機智號充電。機智號上攜帶著六塊索尼製造的鋰電池,可以儲存35到40瓦時的能量。在機智號的旋翼之上,有一塊太陽能電池板,這之後將透過太陽能電池板給鋰電池充電。

機智號與毅力號

到了第六天,就是大眾期待已久的機智號的試飛了。屆時,毅力號將切掉與機智號相連線的纜線,並駛離至少5米距離,以免影響機智號的飛行,也要防止機智號的旋翼切割毅力號上的裝置。這之後,毅力號與機智號將透過Zigbee無線通訊模組相互溝通,能在1000米距離內提供200kbps的通訊連線。

驍龍801被錘子手機所使用

機智號使用的主控晶片是驍龍801,高通公司2014年釋出的高階手機晶片,曾被小米4和羅永浩的Smartisan T1等一票手機所搭載。時至今日驍龍801在機智號上再度進入人們的視野,頗有一種出土文物的感覺。不過機智號的作業系統沒有使用安卓,採用的是Linux。

懷特兄弟製造的人類第一架飛機

做為人類第一個外星飛行器,NASA特意將人類第一架飛機,懷特兄弟的飛行者號上的一小片材料,貼在了太陽能電池板的下面。1969年,尼爾·阿姆斯特朗登上月球時,也攜帶了飛行者號的一片,帶上了月球。

機智號起飛

在火星上飛行比地球上難得多。火星地表的空氣密度只有地球的1%,相當於地球上3萬米高空的大氣密度。人類直升機最高飛行記錄是法國飛行員讓·佈雷於1972年6月21日創下的12442米的高度記錄,使用的是SA315B美洲駝直升機。在大約1萬2千米高度,空氣密度還有地面的20%。可想而知,機智號想要飛起來,需要付出更多工程上的努力。

機智號

為了讓機智號飛起來,NASA工程師想了幾個辦法。一是讓機智號儘量輕巧。機智號質量僅有1.8kg,而且火星上的重力只是地球的37.5%,不到地球的四成。為了儘量增加升力,螺旋槳的直徑達到了1.4米,而且轉數高達每分鐘2400轉。做為對比,地球上的直升機螺旋槳轉數通常為每分鐘4、500轉。

共軸反槳技術示意動畫

機智號的螺旋槳,還採用了共軸反槳技術,即兩個螺旋槳分別朝相反方向旋轉。共軸反槳技術能增加升力,抵消扭矩,尤其是提高飛行器在低速飛行時的穩定性。

等待起飛的機智號

這一系列的技術手段,已經在地球環境下得到了驗證。機智號的飛行能力,最高能達到每秒鐘升高3米,水平移動10米,在最長90秒的飛行時間中,最遠可飛行90米。總的來說,飛行效能還是不錯的。

機智號在火星飛行模擬效果

在第一次飛行時,機智號打算以1米每秒的速度升到3米高度,懸停20秒鐘之後就返回地面。在飛行過程中,將拍攝一系列照片。飛行結束之後,同其他飛行資料一起傳給毅力號,再傳回地球。

機智號可能的飛行路線

機智號在火星上的飛行將是全自動的。目前火星距離地球大約2億公里,訊號單向傳輸時間需要11分鐘,任何地球上的實時操控都是不可能的。第一次飛行成功之後,未來也可能會嘗試在4.5米高度飛行50距離,並降落在新的地點。

飛行的機智號

做為第一個火星直升機,機智號只是一次嘗試。就好像NASA第一個火星車探路者號那樣,驗證了火星車在火星上運作的可行性。按照NASA的期望,機智號將進行1至5次飛行。也就是說,機智號只要能飛起來,任務就算成功了。

毅力號與機智號

基於這次機智號的飛行經驗,未來NASA會設計更復雜的火星飛行器。比如,把旋翼直徑增加到3米或者3.5米,載荷提升到15千克。不管怎麼說,機智號的飛行,將揭開人類外星探索新的一頁。

14
最新評論
  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 毅力號發現火星上有一塊鐳射石!準備派直升機觀察,到底是什麼?