人类飞行器成功首次

地外动力受控飞行

NASA于19日发表声明称，这架小型双旋翼无人机于美东时间19日凌晨3时34分在火星杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）执行首次飞行任务。本次飞行最高高度达10英尺，并保持稳定盘旋30秒，之后开始下降，并在火星表面着陆，飞行共经历39.1秒。美东时间当日上午6时46分，“机智”号通过“毅力”号火星探测器向地球传回的数据显示，这架无人机完成了首次飞行任务。

由NASA的独创火星直升机上的导航摄像机拍摄，该摄像机在飞行过程中可以自动跟踪地面 图片来源：NASA官网

据NASA官网介绍，这架双旋翼无人机重约1.8公斤、高0.5米、碳纤维桨叶长1.2米、驱动电机功率350瓦，有四条细长的支撑腿，它能够通过一块太阳能板自行充电，每次最长飞行时间90秒，最大移动距离50米，最大飞行高度5米。

由于飞行数据必须通过NASA的火星轨道卫星和深空网络在火星与地球近3亿英里之间传输，这意味着无法使用操纵杆控制飞行，也无法在地球上实时观察其飞行状态。“机智”号依靠NASA的喷气推进实验室（JPL）开发的算法实现自动控制飞行。

《华盛顿邮报》报道，JPL创新项目经理米米·昂19日称：“现在我们可以说，人类在另一个星球上操作过旋翼飞机”，“这是关于我们在火星上的‘莱特兄弟时刻’”。NASA将本次飞行所在地命名为“莱特兄弟机场”，以纪念1903年在地球上完成第一次固定翼飞机飞行的威尔伯·莱特和奥维尔·莱特。

NASA科学部负责人托马斯·左布肯表示，今天的飞行很短暂，但为今后火星飞行器的广泛探索打开了一扇大门。

人类首架火星无人机的首飞，有多难？

此次“机智”号直升机首飞的意义重大，外媒认为甚至不亚于莱特兄弟首次在地球上试飞人造飞行器，将为人类探索宇宙的方式带来新“利器”。

NASA“机智号”火星直升机。摄于2021年4月5日，即任务的第45个火星日。图片来源：NASA官网

在这颗红色星球上起飞无人并不是一件简单的事，火星表面的平均气压为0.6千帕，相比之下地球气压为101.3千帕，也就是说火星大气压力不到地球的百分之一。这已接近真空环境。

稀薄的空气使得旋翼飞行器上的叶片只能通过旋转获得很小的上升力，这意味火星直升机旋翼桨叶的旋转速度，必须比在地球上的直升机要快得多。为此，重1.8公斤的“机智”号采用了直径1.2米的碳纤维螺旋桨和共轴反转双旋翼设计，每分钟超过2400转，接近0.7马赫，水平移动速度10米/秒，爬升速度3米/秒，有足够升力能够对火星车着陆区域附近进行空中侦察。NASA称，这种“前所未有”的直升机操作非常危险，但表示它可以获得关于火星条件的宝贵数据。

另一个难点在于充电问题。“机智”号之所以有如此快的转速都要归功于其头顶的太阳能电池板，这块电池板可为“机智”号的锂电池充电。然而，火星上的温度低，阳光照射又不足，寒冷的火星夜晚对“机智”号的零部件也是一个巨大挑战。

“机智”号火星起飞模拟图。图片来源：nasa官网

因此，“机智”号的首飞成功完成了几个人类探索太空的里程碑：人类首次火星无人机并安全着陆火星表面；其次，能够在火星寒冷的夜晚实现温度的自主调整并自行利用头上的太阳能电池板充电；第三，通过火星车上的直升机基地与直升机自动完成信息的相互传输。

“机智”号首飞曾多次被推迟

2个月前，毅力号火星车不经变轨直接坠入火星大气层，随后，它向地球传回一张火星表面照片，确认着陆成功，开启人类探索火星新阶段！

随同毅力号共同前往火星的机智号，成为第一架前往其他星球飞行的直升机。

机智号携带了两个摄像头，依靠太阳能充电，每个火星日飞行约90秒。

机智号的主要目的并不是收集数据，除了一个黑白导航摄像头和一个1300万像素的彩色成像仪之外，它没有配备任何其他设备，

通过分析导航相机拍摄的照片，机智号就能实时获取飞行中的方位，也为毅力号提供精准的火星地图。

美国为此次首飞的成功做了多少准备，也可以从推迟了多少次看出来。

“机智”号原计划于2021年4月11日在火星上进行首飞，“毅力”号探测器几个镜头本来都准备好迎接这历史性时刻了，然而在测试中却发现了“机智”号的旋翼系统存在问题，复又推迟到4月14日。而4月14日，“机智”号的计算机软件又出现故障，NASA又为其重新安装飞行控制软件，又推迟了首飞时间，最后于19日首飞成功，成功完成任务。

机智号团队一直将自己比作探索火星的“莱特兄弟“。

图片来源：NASA官网

对机智号的飞行安排也和莱特兄弟当年的试飞计划如出一撤：一次比一次飞得更高。接下来一个月里，机智号将进行多达4次的飞行。

而第二次、第三次飞行，机智号将挑战更高的飞行高度——5米，沿着实验航向进行高达50米的移动。

如果这三次飞行都能成功，那么机智号将开始它真正的火星探险之旅。

飞行任务中，毅力号无疑将成为机智号与地球之间链接的纽带，但时间不能超过一个月，毕竟毅力号也有自己的任务——穿越45千米宽的杰泽罗（Jezero）陨石坑搜寻火星远古生命，还要采集十几分样本。

这些样本最早将于2031年被送回地球，届时科学家将对这些火星原始物质进行更为详尽的分析。

机智号首飞成功标志着人类太空探索从此进入了‘巡视车+直升机’的全新立体化模式，这可以说是人类历史的一个里程碑。至此，祝贺“机智”号的同时，也期待着中国“天问”一号的着火顺利！