“機(jī)智”號無人直升機(jī)19日完成了它在火星上的首次飛行，這是人造航空器首次在地球以外的星球上飛行。對于這一全球矚目的事件，上海航天和天文專家認(rèn)為，“機(jī)智”號的受控飛行有很多技術(shù)難點(diǎn)，這一“人類史上首次”的主要意義在于技術(shù)驗(yàn)證，即證明人類現(xiàn)有技術(shù)能讓航空器在火星稀薄的大氣中飛起來。至于它的應(yīng)用價(jià)值和對中國火星探測的借鑒意義，現(xiàn)在談還為時(shí)尚早。
高轉(zhuǎn)速智能直升機(jī)
從火星傳回地球的數(shù)據(jù)顯示，“機(jī)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(dòng)作。這架直升機(jī)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(huì)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(qiáng)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(jī)在這個(gè)高度飛行過。美國航天局(NASA)讓直升機(jī)在火星上飛行，其難度可想而知。為此，科研團(tuán)隊(duì)將“機(jī)智”號的重量壓得很低，采用共軸雙旋翼設(shè)計(jì)，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(jī)在火星稀薄的大氣中飛起來，這就需要電池功率達(dá)到350瓦。“這個(gè)轉(zhuǎn)速是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的，轉(zhuǎn)速要拉得動(dòng)小型直升機(jī)，但也不能太高，如果超過火星上的音速，會(huì)造成旋翼的振動(dòng)。”施韡說。
智能化飛行也是“機(jī)智”號的一大技術(shù)難點(diǎn)。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(gè)信息來回就需要8—20分鐘，所以“機(jī)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(gè)密封的圓筒狀實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的頂端裝有吊掛，能把航空器三分之二的重量消解掉。“機(jī)智”號在這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(huì)給直升機(jī)旋翼帶來形變的風(fēng)險(xiǎn)。“可以說，‘機(jī)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(jī)已經(jīng)歷的12個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：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(hù)罩脫離后，藏身于此的“機(jī)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(dòng)保暖;通過太陽能電池板自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jī)智”號的造價(jià)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(yàn)證了火星探測可以利用飛機(jī)的可能性。陶建中表示，與只能直上直下的火箭相比，飛機(jī)在探測時(shí)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(jī)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(yàn)證。未來，美國航天局如果讓火星航空器帶上載荷，就會(huì)增加它的重量，這又是一個(gè)很大挑戰(zhàn)。“我覺得在火星表面放飛無人機(jī)，不是中國火星探測現(xiàn)階段要考慮的問題，因?yàn)樗膶?shí)用價(jià)值不大、造價(jià)不菲，性價(jià)比不高。”與美國相比，我國開展深空探測起步較晚，在“玩無人機(jī)”前，還有很多更重要的基礎(chǔ)工作要做，如提高火箭運(yùn)載能力、增加探測器的載荷等。
關(guān)鍵詞： 機(jī)智號無人直升機(jī) 火星飛行
