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来自：机器之心

“火星无人机”：NASA这次推出是最雄心勃勃的探索计划。

最近几天，针对火星的探测器已经彼此脱颖而出。

7月30日，在NASA成功启动的Mars 2020年，“ God 5”发射车将最新一代的火星Rover （）送往Orbit。

毅力是有史以来最大，最复杂的火星勘探系统。这一下一代火星流动站的成本高达27亿美元，重1,025公斤。这是自阿联酋希望和中国天文1以来人类在这个火星季节发起的第三次调查。

如果一切顺利，在7个月内，它将开始收集火星岩石标本，将它们封装并将其埋在特定的位置，等待NASA取回地球。毅力还寻求古代外星人生活的迹象，并使用麦克风首次捕捉火星的声音。

此外，毅力最有趣的实验是：在红色星球上释放人类的第一个外星人无人机 - 。

根据该计划，在5亿公里的距离之后，毅力将于2021年2月18日在火星赤道以北的 （）。进入火星气氛后，它将打开降落伞，然后用火箭在两米的高度上悬停，以将漫游者“抬到地面”。与好奇心不同，毅力具有一个自主驾驶系统，该系统可以避免巨大的岩石并引导自己到一个安全的位置。

在火星上，毅力将至少花费一个火星年（大约687个地球日）探索附近地区。

毅力计划着陆的地区。超过38亿年前，一条河流从该地点注入了45公里的火山口。当然，这是为了找到火星生命存在的证据。

：流浪者发送的侦察兵

在整个人类空间历史上，使用太空探测器的历史几乎都在运行，但是这些工具有一些局限性。火星上飞行的轨道车辆可以拍摄火星的大规模图像，但分辨率不够高。漫游者捕获的图像发射到火星表面具有很高的分辨率，但是运动距离有限，许多地方不适合漫游车进入。

以前，一些人造的“火星漫游者”已经降落在火星上，但是为了适应火星表面平均的残酷环境-63摄氏度，摄氏63摄氏度和靠近外层空间，工程师会让他们非常缓慢地行驶。到目前为止，最著名的好奇心已经运行了八年，只有22公里，平均而言，它不如蜗牛快。

因此，美国宇航局研究人员想到了一种扩大漫游者无人机视野的方法。

无人机仅重1.8公斤，位于探头的腹部，并将试图在火星的恶劣环境中起飞。这将是人造飞机在地球以外的行星上的第一架飞行，并可能为探索太阳系的新途径开放。

“这项飞行测试的成功将为人类太空探索的新维度增加，” JET推进实验室的项目负责人兼负责人Mimi Aung说。

NASA黑色技术：只有1％的气氛可以飞行

要为无人机配备火星漫游者，不难想象这个想法。真正的困难在于：如何使其飞行？

火星表面的重力仅为地球的1/3（38％），似乎很容易起飞，但是一件事是致命的：火星大气的密度仅为地球的密度。由于空气流很少，很难获得火星起飞所需的升降机，因此空气密度是多少，根据地球空气动力学设计的飞机无法在火星上飞行。

如果您想起飞火星，则飞机必须超轻，并且螺旋桨必须非常快。但是螺旋桨不能旋转太快，因为随着速度的增加，风险也会增加。

NASA喷气推进实验室技术团队兼火星无人机项目的首席工程师鲍勃说：“没有直升机在这种情况下飞行 - 这可能相当于在地球上30,000米的高度起飞。” “螺旋桨无法更快地转动，因为它的尖端将接近声音速度，然后是超音速。我们不希望它达到声音速度，因为它会加剧湍流效果。”

通常，当运动速度接近声音速度时，会出现强烈的阻力，从而导致飞机产生强大的振荡。这种现象通常被称为声音障碍。即使直升机转子的机翼尖端也不容易处理。顺便说一句：火星的声音速度为240m/s，比地球慢三分之一。

此外，毅力的设计团队还设定了无人机的大小，以确定检测器可以容纳刀片直径为1.2米的微型无人机。

在弄清楚这些限制后，NASA的JET推进实验室（JPL）的工程师着手设计第一批火星无人机。

由于轻型电子产品的进步，他们将无人机的重量限制在1.8千克左右。如果是几十年前，轻巧的电子计算机，传感器，相机，陀螺仪等尚未发明，那么建造这样的轻量级无人机几乎是不可能的。

无人机的最终设计看起来像是一条长腿的蜘蛛，上面戴着精致的头饰。它的主体是一个盒子，有四个腿伸出盒子，使身体直立。

无人机顶部安装了四个碳纤维叶片，并安装了一个太阳能电池板。这些刀片的设计旨在以高达2400 rpm的速度旋转。对于无人机，这是非常快的速度。相比之下，传统的直升机每分钟仅转速450至500。

无人机的重量与笔记本电脑的重量大致相同，我不知道它携带了多少黑色技术。

但是，无人机只是成功的一半，关键是要确保它可以飞向火星。 “除了设计外，您还必须考虑一个问题：'如何测试？'因为以前没有人这样做。” Mimi Aung说。

幸运的是，NASA的JPL实验室配备了可用于这项工作的巨大测试室。这是一个称为太空模拟器的巨大房间，它可以创建一个完全真空的环境，并模拟无人机离开地球后可能面临的各种极端温度。为了模拟火星大气，他们将空间模拟器泵入了几乎真空环境，然后用二氧化碳填充，从而获得了类似于火星的大气密度。

除了大气外，重力也是要解决的问题。为了模拟火星上的重力，工程师将一条细绳绑在无人机上。该字符串和相关的设备被调用，可以提供向上的张力。

在最初的几次飞行测试中，小组发现，测试无人机的叶片不断上下摆动。由于刀片相对细长，因此这种摆动的趋势也发生在地面直升机上，但是沉重的气氛削弱了这种影响。

为了解决这个问题，他们使螺旋桨的叶片非常困难，比地球上相同大小的普通直升机要困难得多。

该小组在各种极端条件下进行了数十次飞行测试，最低测试温度达到90度。测试完成后，他们将无人机折叠起来，并将其放入持久探测器中。

毅力到达火星并找到正确的位置后，它将释放它以独立完成任务。

毅力将放在火星的表面上，并将崛起。

赖特兄弟在火星上的时刻

“如果成功，它将与赖特兄弟成功的飞行时刻相媲美，”米米·昂（Mimi Aung）说。在毅力降落在火星上的90天远程自我测试期间，她的团队有一个月来测试无人机。将来，我们可能会看到无人机在遥远的火星上寻找宇航员并执行各种任务。

”“计划将完成四次短途航班，每个起飞将具有更大且更远的目标，每个飞行时间不会超过90秒。但是在短时间内，您可以飞到4.6米的高度，并水平移动约50米。

由于地球与火星之间的通信延迟（一个方向3-22分钟），所有这些飞行必须是自主的。设计团队将向无人机发送指令列表，该指令将自己执行所有步骤。在计划中，无人机可以在飞行时捕获图像，而毅力也可能捕获一些悬停在空中的图像。

作为历史上第一个从外星人起飞的无人机，执行的任务主要是技术验证，证明飞机在未来的火星任务中具有价值。

尽管它刚刚进入天空，但工程师已经开始设计重量约20公斤的较大无人机。下一代将能够携带比现在更重要的科学有效载荷和更好的相机。 “但是在学会走路之前，您必须尝试爬行。这就是意味着什么。” “我希望我们能够实现赖特兄弟的成功，并完成另一个星球上的第一次受控飞行。”

参考内容：

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