火星上也有无人直升机？

火星探索计划

五十一年前的今天，苏联火星3号的登陆器成功在火星软着陆，成为第一个抵达火星的探测器。

这些年来，人类对火星的探索从未停止。2021年2月18日下午3时55分（美国加利福尼亚时间），肩负着寻找火星古老生命迹象的使命，火星探测器 “毅力”号成功登陆火星。

和“毅力”号火星探测器一起驶向太空的还有它的小跟班，被称作“小机灵”的“机智”号无人直升机。

不要小瞧这架只有玩具大小的无人机，它满载着工程师团队们的心血和期待，是第一架“在另一个星球进行动力控制飞行”的飞行器。

困难重重

要想让无人直升机在火星表面起飞，难度要比想象得大得多。

火星的大气浓度不足地球的1%，因此作用在直升机螺旋桨上的反作用力就小，使得飞机很难产生升力，直升机不容易起飞。

另外由于稀薄的大气无法维持热量，火星昼夜温差非常大。火星表面温度白天时最高温度大约27摄氏度，晚上最低温度大约零下133摄氏度。

这就意味着除锂离子电池、传感器和摄像机外，无人机还需要配备保温和绝缘材料来保证它能够在火星环境下正常工作。

姿态掌控是关键

“小机灵”在火星上起降的姿态掌控也比地球难很多。

火星的重力加速度只有3.71m/s²，比地球9.81m/s²要小, 也就是相比地球的1g火星上的重力加速度只有0. 38g。当无人机姿态（倾斜角度）发生改变时需要通过星球的重力加速度进行三角函数换算。能够在极端温差下工作又能准确测量“机智” 号的倾角传感器就非常关键。

工程师团队击破横在眼前的限制，敲定了无人直升机的最后设计。

“机智”号采用共轴双旋翼设计，旋翼长度为1.2米，最高转速约2400转/分钟，确保直升机能够在火星稀薄的大气中飞起来。起落架选用超轻碳纤维管材质，桨叶采用碳纤维泡沫芯材质来控制整体的重量。

其中村田制作所的双轴加速度传感器与高度计，摄像头等被选拔参与火星任务。

会飞的“眼睛”

“毅力”号测探车在火星行驶的时候，会时常停下钻取岩石，收集岩石和土壤样本。采集的样本将在2030年送回地球，供研究团队寻找样本材料中保存的生命印记，以及分析火星过去存在生命的可能性。

如果说“毅力”号是探测家的角色，那“机智”号扮演的角色是一只会飞的眼睛。

它可以获取太空轨道上无法获得的近距离图像，探测车不能开进的复杂地形如悬崖或深坑，灵巧的“机智”号无人机都可以从容应对。它以更广阔更清晰的独特视角，为探测器和“毅力”号火星团队提供高清的图片讯息。

NASA认为，如果这次“毅力”号携带的无人机证明可以在火星表面稳定飞行并且拍摄影像，那么一次性拍摄15分钟的收获，基本要超过火星地面巡视车活动一个月才能探测的区域。

卓越表现

在JPL的最初计划中，“机智”号只用执行五次飞行任务。但“机智”号超出众人预期的实力，使得团队决定让它进行更复杂的飞行任务并帮助“毅力”号探测器在火星表面规划最有效的路线。

截至2022年11月30日，“机智”号共成功执行了34次飞行任务。

6月至8月，由于 “机智” 号所处的地区是冬季，空气中的灰尘增多，太阳能电池板可获得的阳光大幅减少，因此团队决定让“机智”号直升机休息几周，以便重新建立日常充电状态。

灰尘消散后“机智”号就结束了短暂的休整，再次执行飞行任务。

“机智”号的意义非凡，不仅仅因为它是第一架“在另一个星球进行动力控制飞行”的飞行器，它更是给予了美国宇航局为未来的火星任务以及可能的其他星球的任务创造更先进的飞行器的信心。

未来将有更多精细先进的飞行器在各大星系探索，而村田也将一如既往地为点亮每个“可能”提供强有力的支持。

muRata

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