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NASA“機(jī)智號(hào)”火星直升機(jī)在火星表面升空飛行寫下歷史：首度在其他行星飛行

發(fā)表于 2025-12-01 18:20:49 來源：骨軟筋酥網(wǎng)

機(jī)智號(hào)直升機(jī)在首次飛行時(shí)懸停于火星地表上方約3公尺處，機(jī)智號(hào)拍攝下這張直升機(jī)陰影的火星影像。 PHOTO BY NASA

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NASA的星表行寫下歷行星毅力號(hào)探測(cè)車于4月6日與機(jī)智號(hào)直升機(jī)在火星上的自拍照。接著毅力號(hào)駛向了61公尺外的面升高處，俯瞰機(jī)智號(hào)嘗試進(jìn)行飛行。空飛 PHOTOGRAPH BY NASA

NASA的星表行寫下歷行星毅力號(hào)探測(cè)車于4月6日與機(jī)智號(hào)直升機(jī)在火星上的自拍照。接著毅力號(hào)駛向了61公尺外的面升高處，俯瞰機(jī)智號(hào)嘗試進(jìn)行飛行。空飛 PHOTOGRAPH BY NASA

NASA的史首毅力號(hào)探測(cè)車于4月6日與機(jī)智號(hào)直升機(jī)在火星上的自拍照。接著毅力號(hào)駛向了61公尺外的飛行高處，俯瞰機(jī)智號(hào)嘗試進(jìn)行飛行。機(jī)智號(hào) PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSS
機(jī)智號(hào)的火星團(tuán)隊(duì)成員于2019年2月1日在加州帕沙第納（Pasadena）NASA噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室7.6公尺寬的真空室「太空模擬室」（Space Simulator）

機(jī)智號(hào)的火星團(tuán)隊(duì)成員于2019年2月1日在加州帕沙第納（Pasadena）NASA噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室7.6公尺寬的真空室「太空模擬室」（Space Simulator）

機(jī)智號(hào)的團(tuán)隊(duì)成員于2019年2月1日在加州帕沙第納（Pasadena）NASA噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室7.6公尺寬的真空室「太空模擬室」（Space Simulator）內(nèi)檢查直升機(jī)。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH
2020年4月29日，直升NASA的機(jī)火工程師正在進(jìn)行毅力號(hào)探測(cè)車的行前準(zhǔn)備工作，它將前往4億8000萬公里旅程外的星表行寫下歷行星火星表面。在影像中可以看到毅力號(hào)探測(cè)車的面升底部和貼附的

2020年4月29日，直升NASA的機(jī)火工程師正在進(jìn)行毅力號(hào)探測(cè)車的行前準(zhǔn)備工作，它將前往4億8000萬公里旅程外的星表行寫下歷行星火星表面。在影像中可以看到毅力號(hào)探測(cè)車的面升底部和貼附的

2020年4月29日，NASA的工程師正在進(jìn)行毅力號(hào)探測(cè)車的行前準(zhǔn)備工作，它將前往4億8000萬公里旅程外的火星表面。在影像中可以看到毅力號(hào)探測(cè)車的底部和貼附的機(jī)智號(hào)直升機(jī)（影像的下部中央）。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

2021年3月21日是飛行任務(wù)的第30個(gè)火星日，從毅力號(hào)探測(cè)車的底部釋放了保護(hù)機(jī)智號(hào)直升機(jī)的碎片保護(hù)罩。直升機(jī)稍后將向下旋轉(zhuǎn)，脫離探測(cè)車的底部。 PHOTOGR

2021年3月21日是飛行任務(wù)的第30個(gè)火星日，從毅力號(hào)探測(cè)車的底部釋放了保護(hù)機(jī)智號(hào)直升機(jī)的碎片保護(hù)罩。直升機(jī)稍后將向下旋轉(zhuǎn)，脫離探測(cè)車的福州外圍（福州外圍女）外圍上門(微信181-2989-2716）提供頂級(jí)外圍女上門，伴游，空姐，網(wǎng)紅，明星，車模等優(yōu)質(zhì)資源，可滿足你的一切要求底部。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSS

在火星表面的NASA機(jī)智號(hào)直升機(jī)。這張照片是在4月5日由毅力號(hào)的桅桿相機(jī)-Z（Mastcam-Z）所拍攝的，這是探測(cè)車上的一對(duì)可變焦相機(jī)。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/ASU

1903年12月17日，奧維爾．萊特（Orville Wright）在他的兄弟威爾伯（Wilbur）在北卡羅來納州的小鷹鎮(zhèn)（Kitty Hawk）進(jìn)行了地球上的首次受控動(dòng)力飛行，這張影像紀(jì)錄了當(dāng)時(shí)的情形。萊特兄弟在那天進(jìn)行了四次飛行，每次飛行的時(shí)間都比上一次更久。 NASA的機(jī)智號(hào)火星直升機(jī)還帶了機(jī)翼上的一小片織布飛往火星。 NASA
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)美國(guó)國(guó)家地理（撰文：JAY BENNETT 編譯：邱彥綸）：機(jī)智號(hào)（Ingenuity）在火星表面升空飛行，為行星探索開創(chuàng)新紀(jì)元。
在4月19日下午，有架小型直升機(jī)在從火星表面起飛，開啟了太空探索的新篇章──人類首度于其他行星進(jìn)行動(dòng)力飛行。 50公分高的機(jī)智號(hào)直升機(jī)在飛離地面約3公尺時(shí)，揚(yáng)起了一些銹紅色的塵土，懸停定位并略微轉(zhuǎn)向后緩慢降落。整段飛行只持續(xù)了大約40秒，但這是史上極為大膽的工程壯舉。
「很多人認(rèn)為不可能在火星上飛行，」美國(guó)航太總署（NASA）噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory，簡(jiǎn)稱JPL）的機(jī)智號(hào)計(jì)畫主管翁米米（MiMi Aung，音譯）說：「火星上的空氣太少了。」
火星表面的大氣非常稀薄，相當(dāng)于地球上3萬公尺高空的情形，這個(gè)高度遠(yuǎn)超過最強(qiáng)大直升機(jī)所能飛行的高度。歷史上，直升機(jī)的最高飛行紀(jì)錄是在1972年所創(chuàng)下，法國(guó)飛行員尚．布勒（Jean Boulet）在馬賽（Marseille）西北的空軍基地飛到了1萬2442公尺的高空。
這架火星直升機(jī)在4月9日遭遇了一些麻煩。在測(cè)試兩個(gè)旋翼高速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況時(shí)，直升機(jī)上的電腦提前關(guān)機(jī)。噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在查看數(shù)據(jù)后，調(diào)整了發(fā)送啟動(dòng)旋翼的命令序列，讓機(jī)智號(hào)能在4月16日完成高速轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試。而在臺(tái)灣時(shí)間4月19日下午3點(diǎn)34分，也是火星當(dāng)?shù)貢r(shí)間的下午，這架直升機(jī)成功完成了首飛任務(wù)。
將來，類似的飛行器可能會(huì)為探測(cè)車和太空人偵察新的區(qū)域，前往難以抵達(dá)之處收集樣本，并在幾天內(nèi)飛越數(shù)十公里，為火星地貌提供嶄新視野。
自4月3日汽車大小的毅力號(hào)（Perseverance）探測(cè)車將機(jī)智號(hào)放置在沒有碎片的平坦區(qū)域之后，機(jī)智號(hào)就開始獨(dú)自運(yùn)作。機(jī)智號(hào)在地球上的重量只有1.8公斤，在火星上更只有680克。在火星白天相對(duì)較弱的日照下，小型太陽能電池板可為直升機(jī)電池充電，而在氣溫陡降至攝氏零下90度的夜晚，則利用電熱器為直升機(jī)保暖。
為了在火星大氣進(jìn)行短暫首飛，這架小型旋翼機(jī)配備了類似我們手機(jī)內(nèi)的中央處理器、自駕車的自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)、八個(gè)鋰離子電池和輕型復(fù)合材料。兩個(gè)長(zhǎng)120公分的碳纖維旋翼得達(dá)到每分鐘約2500轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速──大約是普通直升機(jī)旋翼速度的五倍──才能飛離地表。
團(tuán)隊(duì)成員在機(jī)智號(hào)的首飛后，開始著手計(jì)畫第二次飛行。下次可能會(huì)執(zhí)行相同的懸停操作，但會(huì)飛得更高也更久。能夠使用毅力號(hào)作為對(duì)地球通訊中繼站的直升機(jī)測(cè)試窗口有31天，現(xiàn)在大約位于一半的時(shí)間點(diǎn)，之后探測(cè)車就會(huì)駛離并開始搜索火星過去的生命跡象。團(tuán)隊(duì)計(jì)畫在沿著15公尺長(zhǎng)的區(qū)域內(nèi)，最多進(jìn)行五次的往返飛行。
「這真是讓人難以置信，」NASA科學(xué)副署長(zhǎng)湯瑪斯．澤布謙（Thomas Zurbuchen）表示：「這是人類史上首度在火星上飛行直升機(jī)。」
「別再跟我說不可能了！」
2015年，火星直升機(jī)團(tuán)隊(duì)正準(zhǔn)備向NASA總部簡(jiǎn)報(bào)，以尋求經(jīng)費(fèi)來建造「降低風(fēng)險(xiǎn)的運(yùn)載工具」（risk reduction vehicle）原型。當(dāng)時(shí)他們已經(jīng)在噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的真空室內(nèi)飛行、并撞毀了三分之一比例的模型。測(cè)試時(shí)會(huì)將真空室的空氣抽至低壓并灌滿二氧化碳，以模擬火星的大氣環(huán)境。
翁米米在準(zhǔn)備簡(jiǎn)報(bào)時(shí)，忽然靈光一閃。人類無法直接操縱這架直升機(jī)，因?yàn)樗鼘⒃跀?shù)億公里外的其他行星上飛行，而且地球與火星之間約有15分鐘的通訊延遲。也就是說，直升機(jī)必須自行飛行，這表示要開發(fā)一種輕量電腦，以快速估算直升機(jī)的位置并據(jù)此調(diào)整旋翼。
翁米米說：「這取決于直升機(jī)對(duì)擾動(dòng)的反應(yīng)速度。」直升機(jī)可能會(huì)面臨高達(dá)每小時(shí)35公里的陣風(fēng)以及壓力的變化，這讓直升機(jī)很難在稀薄的空氣中保持穩(wěn)定飛行。
但翁米米知道這是她的團(tuán)隊(duì)可以解決的問題。他們已經(jīng)利用三分之一比例模型證明直升機(jī)在火星起飛的可能性，而專精自動(dòng)技術(shù)的電機(jī)工程師翁米米知道，21世紀(jì)的電子技術(shù)已經(jīng)足以制造出能讓直升機(jī)飛行的小型電腦。
「從那刻之后，簡(jiǎn)直就像是──別再跟我說不可能了！」翁米米說：「還有什么能阻擋我們呢？」
但要讓NASA總部信服可不只是一次簡(jiǎn)報(bào)就能做到，他們提供經(jīng)費(fèi)建造了在2016年進(jìn)行了一連串測(cè)試的原型機(jī)。首先是將直升機(jī)固定在真空室內(nèi)的定點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)旋翼并測(cè)量轉(zhuǎn)矩和升力，以確保數(shù)學(xué)與團(tuán)隊(duì)模型相符。
但是當(dāng)原型機(jī)定位時(shí)，來自旋翼的力量可能會(huì)與地面和測(cè)試臺(tái)交互作用。這種交互作用展生的振動(dòng)可能會(huì)影響直升機(jī)的控制系統(tǒng)，并讓直升機(jī)碎裂──和造成真實(shí)大小直升機(jī)在嘗試起飛時(shí)碎裂的效應(yīng)相同。
「我們有可能會(huì)失去一切，」翁米米說：「如果我們?cè)谌魏螘r(shí)候發(fā)生這樣的情形，那計(jì)畫可能會(huì)被取消。」就算計(jì)畫繼續(xù)進(jìn)行，但當(dāng)時(shí)若是測(cè)試失敗可能會(huì)使團(tuán)隊(duì)無法及時(shí)完成直升機(jī)，讓它得以貼著探測(cè)車底部飛上火星。毅力號(hào)探測(cè)車預(yù)定于2020年7月地球和火星處于最佳相對(duì)位置時(shí)發(fā)射，「不管有沒有我們的直升機(jī)，毅力號(hào)都會(huì)出發(fā)。」
測(cè)試成功、數(shù)學(xué)也沒錯(cuò)。這架原型機(jī)能在真空室中飛行、懸停、轉(zhuǎn)向和降落，這表示直升機(jī)不僅可以在火星上起飛，還能自動(dòng)控制飛行。
「我們解決了空氣動(dòng)力學(xué)上的挑戰(zhàn)，」機(jī)智號(hào)的總工程師包伯．巴拉雷姆（Bob Balaram）回憶起當(dāng)時(shí)的想法，「現(xiàn)在我們要來打造直升機(jī)的其他部分了。」
碳纖維和釣魚線
質(zhì)量是飛行的大敵，尤其是在火星上。機(jī)智號(hào)直升機(jī)每增加1克，都會(huì)使旋翼必須產(chǎn)生的升力和推力增加。
「直升機(jī)得要非常輕量，」直升機(jī)副營(yíng)運(yùn)長(zhǎng)泰迪．扎內(nèi)托斯（Teddy Tzanetos）表示：「機(jī)智號(hào)的質(zhì)量是1.8公斤，要將我們所有需要的東西塞進(jìn)這1.8公斤里，真是項(xiàng)工程壯舉。」
直升飛機(jī)的大部分零件，包括旋翼、起落架和機(jī)身（裝有電子設(shè)備的小盒），都是由位于加州西米谷的航空承包商AeroVironment公司所制造。這家公司為NASA制造軍用無人機(jī)及實(shí)驗(yàn)飛機(jī)，像是有著以太陽能板作為動(dòng)力的飛翼「太陽神號(hào)」（Helios）──與直升機(jī)不同，它的飛行高度可高達(dá)約3萬公尺。
機(jī)智號(hào)的兩個(gè)碳纖維旋翼以相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，抵消了單旋翼直升機(jī)的轉(zhuǎn)矩（單旋翼直升機(jī)利用尾槳來抵消主旋翼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩）。這些旋翼不僅要夠大、非常輕巧，而且還要非常硬挺，以免因?yàn)榛蝿?dòng)而破壞氣流。
「同樣也是由碳纖維制成的起落架，是另一個(gè)『有趣的挑戰(zhàn)』，」自計(jì)畫開始就參與火星直升機(jī)工作的AeroVironment資深航空機(jī)械工程師班．皮彭伯格（Ben Pipenberg）這么說。
他說：「火星上的重力約為地球上的三分之一，著陸時(shí)得非常小心才不會(huì)反彈。」起落架也必須折疊收起，這樣機(jī)智號(hào)才能緊貼著毅力號(hào)的車底下方飛向火星。「如果在放下直升機(jī)時(shí)起落架沒有打開，或是直升機(jī)著陸時(shí)因反彈而翻轉(zhuǎn)──那非常不幸，一切都完了。
火星的重力也帶來了其他挑戰(zhàn)──無法在地球上完美模擬火星環(huán)境。 2018年，團(tuán)隊(duì)在噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的真空室內(nèi)測(cè)試了機(jī)智號(hào)直升機(jī)的原尺寸同型機(jī)，他們抽氣讓大氣壓力減弱，并打入適當(dāng)氣體以模擬火星上的大氣環(huán)境。但重力就無法調(diào)整了，為此他們使用了所謂的「重力卸載系統(tǒng)」（gravity offload system）來補(bǔ)償。
「你可以把這個(gè)系統(tǒng)想像成是個(gè)有著釣線的釣魚線軸、馬達(dá)和非常精確的轉(zhuǎn)矩感測(cè)器。」扎內(nèi)托斯這么說，這條線用「非常牢固的結(jié)」與直升機(jī)相系，還有數(shù)個(gè)做為備用的繩結(jié)，線軸以非常準(zhǔn)確的力道向上拉起直升機(jī)，以模擬火星的低重力環(huán)境。
第二臺(tái)完整的原型機(jī)完成了環(huán)境測(cè)試，證明它可以承受火箭發(fā)射的振動(dòng)和火星夜晚的嚴(yán)寒溫度。 2019年初，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建造出要前往火星的實(shí)機(jī)，并在真空室中進(jìn)行了兩次飛行能力測(cè)試。
翁米米在測(cè)試后說：「下一趟飛行，就是在火星上了。」
「上百架直升機(jī)翱翔在火星上空」
現(xiàn)在機(jī)智號(hào)完成了首次飛行，我們距離將飛行用作行星探索的例行工作，又再更近一步。翁米米表示：「我的夢(mèng)想是飛行器能成為探索太空的標(biāo)準(zhǔn)配備。」
該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為機(jī)智號(hào)相當(dāng)于飛機(jī)版的旅居者號(hào)（Sojourner）探測(cè)車，旅居者號(hào)在1997年成為首度在火星行駛的車輛。和機(jī)智號(hào)一樣，旅居者號(hào)由更大的火星拓荒者號(hào)（Mars Pathfinder）登陸器帶往火星。
「科學(xué)界并不喜歡它，」?jié)刹贾t提到旅居者號(hào)時(shí)這么說：「他們覺得，嘿，我們用登陸器就能完成所有我們想做的事情了。」
不到25年后的現(xiàn)在，NASA就有不只一輛、而是兩輛汽車大小的探測(cè)車正在火星表面探索。 2012年登陸的好奇號(hào)（Curiosity）探測(cè)車和毅力號(hào)都在解密這顆行星獨(dú)特的地質(zhì)歷史，并尋找過往生命所遺留下來的痕跡。毅力號(hào)還預(yù)備要收集第一批將返回地球的火星巖石樣本，這對(duì)我們最后要了解火星是否曾經(jīng)適合生命生存來說至關(guān)重要。
未來的直升機(jī)可能會(huì)成為探測(cè)車或什至人類的偵察兵，他們可以探索火星車和人類根本無法抵達(dá)的區(qū)域──像是綿延4000多公里的水手號(hào)峽谷（Valles Marineris），或是約兩倍半圣母峰高度的奧林帕斯山（Olympus Mons）陡坡。
「我可以想像有上百架直升機(jī)翱翔在火星上空的場(chǎng)景。」在 2001年至2016年擔(dān)任噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的查爾斯．埃拉奇（Charles Elachi）這么說，在他任內(nèi)負(fù)責(zé)啟動(dòng)了火星直升機(jī)的計(jì)畫。「我可以預(yù)見未來有個(gè)任務(wù)會(huì)是有臺(tái)著陸器，上面有好幾十架直升機(jī)，這些直升機(jī)將飛越巡查一大片區(qū)域，并帶回樣本。」
埃拉奇說，噴射推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在思考建造更大型的直升機(jī)，能夠攜帶更重的酬載并探測(cè)更廣大的區(qū)域。「探測(cè)車一年可以走好幾公里，但直升機(jī)一天就可以飛越好幾公里，」他說：「可能的效益非常大。」
目前，團(tuán)隊(duì)將仔細(xì)研究首次飛行的數(shù)據(jù)，以計(jì)畫機(jī)智號(hào)的其他飛行──也許還需要一些時(shí)間來思考未來在其他行星上飛行的飛行器。「只要有大氣，我們就可以在任何地方飛行，」翁米米表示：「這應(yīng)該成為我們派遣旋翼機(jī)探索其他星球的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。」

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