高轉(zhuǎn)速智能直升機

　　從火星傳回地球的數(shù)據(jù)顯示，“機智”號在垂直上升到離地面約3米高度后，完成了懸停、下降、著陸等所有動作。這架直升機2月18日搭乘“毅力”號火星車登陸火星，有4片旋翼，重約1.8公斤，其鋰電池由太陽能電池板供電。

　　上海市天文學(xué)會副秘書長、上海天文館展示教育主管施韡介紹，火星的大氣壓強只有地球的1%，這意味著航空器在火星表面起飛，相當(dāng)于在地球上的3萬多米高空飛行。要知道，迄今還沒有一架直升機在這個高度飛行過。美國航天局（NASA）讓直升機在火星上飛行，其難度可想而知。為此，科研團隊將“機智”號的重量壓得很低，采用共軸雙旋翼設(shè)計，旋翼長度為1.2米，最高轉(zhuǎn)速約2400轉(zhuǎn)/分鐘。轉(zhuǎn)速如此之高，是為了確保直升機在火星稀薄的大氣中飛起來，這就需要電池功率達到350瓦�！斑@個轉(zhuǎn)速是經(jīng)過精心設(shè)計的，轉(zhuǎn)速要拉得動小型直升機，但也不能太高，如果超過火星上的音速，會造成旋翼的振動。”施韡說。

　　智能化飛行也是“機智”號的一大技術(shù)難點。上海宇航系統(tǒng)工程研究所技術(shù)顧問陶建中研究員說，火星與地球相距遙遠(yuǎn)，一個信息來回就需要8—20分鐘，所以“機智”號必須自主控制、自主導(dǎo)航。在研發(fā)過程中，科學(xué)家模擬火星環(huán)境建造了一個密封的圓筒狀實驗室，它高26米，直徑為7.62米，里面充滿了二氧化碳來模擬火星大氣密度。為模擬火星引力，實驗室的頂端裝有吊掛，能把航空器三分之二的重量消解掉。“機智”號在這個實驗室里自主飛行了75分鐘，這才搭上了前往火星的航程。

　　未來應(yīng)用面臨巨大挑戰(zhàn)

　　除了飛行本身，讓航空器在火星執(zhí)行任務(wù)還面臨一系列挑戰(zhàn)。比如，火星白天的日照時間只有地球的一半，夜間溫度則低至零下90攝氏度左右，這對電池來說堪稱災(zāi)難。白天和夜間的巨大溫差，也會給直升機旋翼帶來形變的風(fēng)險�！翱梢哉f，‘機智’號的首飛成功，是應(yīng)對綜合性挑戰(zhàn)的成果。”施韡說。

　　他列出了這架直升機已經(jīng)歷的12個關(guān)鍵節(jié)點：在“毅力”號火星車發(fā)射、巡航、著陸等過程中完好無損；“毅力”號車腹部保護罩脫離后，藏身于此的“機智”號被安全部署到火星表面；確認(rèn)與“毅力”號的通信鏈路；在零下90攝氏度左右的夜晚自動保暖；通過太陽能電池板自動充電；確認(rèn)能源和電力模型，監(jiān)測每天的耗電量和電池水平；解鎖旋翼；首次在火星上轉(zhuǎn)動旋翼，速度低于飛行所需的速度，留在火星表面；首次全速轉(zhuǎn)動旋翼，留在火星表面；首次在稀薄的火星大氣中起飛；自主飛行；成功降落。

　　“機智”號的造價為8500萬美元，盡管看上去只有玩具般大小，但其展示的新技術(shù)驗證了火星探測可以利用飛機的可能性。陶建中表示，與只能直上直下的火箭相比，飛機在探測時可以避開火星上的高山、深溝等崎嶇不平的地貌。

　　在施韡看來，火星探測小型航空器的應(yīng)用前景還比較模糊。要知道，“機智”號是不帶載荷的，它的任務(wù)就是開展在火星上飛行的技術(shù)驗證。未來，美國航天局如果讓火星航空器帶上載荷，就會增加它的重量，這又是一個很大挑戰(zhàn)�！拔矣X得在火星表面放飛無人機，不是中國火星探測現(xiàn)階段要考慮的問題，因為它的實用價值不大、造價不菲，性價比不高�！迸c美國相比，我國開展深空探測起步較晚，在“玩無人機”前，還有很多更重要的基礎(chǔ)工作要做，如提高火箭運載能力、增加探測器的載荷等。