“机智”号完成火星飞行难在哪

“机智”号无人直升机19日完成了它在火星上的首次飞行，这是人造航空器首次在地球以外的星球上飞行。对于这一全球瞩目的事件，上海航天和天文专家认为，“机智”号的受控飞行有很多技术难点，这一“人类史上首次”的主要意义在于技术验证，即证明人类现有技术能让航空器在火星稀薄的大气中飞起来。至于它的应用价值和对中国火星探测的借鉴意义，现在谈还为时尚早。

高转速智能直升机

从火星传回地球的数据显示，“机智”号在垂直上升到离地面约3米高度后，完成了悬停、下降、着陆等所有动作。这架直升机2月18日搭乘“毅力”号火星车登陆火星，有4片旋翼，重约1.8公斤，其锂电池由太阳能电池板供电。

上海市天文学会副秘书长、上海天文馆展示教育主管施韡介绍，火星的大气压强只有地球的1%，这意味着航空器在火星表面起飞，相当于在地球上的3万多米高空飞行。要知道，迄今还没有一架直升机在这个高度飞行过。美国航天局（NASA）让直升机在火星上飞行，其难度可想而知。为此，科研团队将“机智”号的重量压得很低，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。转速如此之高，是为了确保直升机在火星稀薄的大气中飞起来，这就需要电池功率达到350瓦。“这个转速是经过精心设计的，转速要拉得动小型直升机，但也不能太高，如果超过火星上的音速，会造成旋翼的振动。”施韡说。

智能化飞行也是“机智”号的一大技术难点。上海宇航系统工程研究所技术顾问陶建中研究员说，火星与地球相距遥远，一个信息来回就需要8—20分钟，所以“机智”号必须自主控制、自主导航。在研发过程中，科学家模拟火星环境建造了一个密封的圆筒状实验室，它高26米，直径为7.62米，里面充满了二氧化碳来模拟火星大气密度。为模拟火星引力，实验室的顶端装有吊挂，能把航空器三分之二的重量消解掉。“机智”号在这个实验室里自主飞行了75分钟，这才搭上了前往火星的航程。

未来应用面临巨大挑战

除了飞行本身，让航空器在火星执行任务还面临一系列挑战。比如，火星白天的日照时间只有地球的一半，夜间温度则低至零下90摄氏度左右，这对电池来说堪称灾难。白天和夜间的巨大温差，也会给直升机旋翼带来形变的风险。“可以说，‘机智’号的首飞成功，是应对综合性挑战的成果。”施韡说。

他列出了这架直升机已经历的12个关键节点：在“毅力”号火星车发射、巡航、着陆等过程中完好无损；“毅力”号车腹部保护罩脱离后，藏身于此的“机智”号被安全部署到火星表面；确认与“毅力”号的通信链路；在零下90摄氏度左右的夜晚自动保暖；通过太阳能电池板自动充电；确认能源和电力模型，监测每天的耗电量和电池水平；解锁旋翼；首次在火星上转动旋翼，速度低于飞行所需的速度，留在火星表面；首次全速转动旋翼，留在火星表面；首次在稀薄的火星大气中起飞；自主飞行；成功降落。

“机智”号的造价为8500万美元，尽管看上去只有玩具般大小，但其展示的新技术验证了火星探测可以利用飞机的可能性。陶建中表示，与只能直上直下的火箭相比，飞机在探测时可以避开火星上的高山、深沟等崎岖不平的地貌。

在施韡看来，火星探测小型航空器的应用前景还比较模糊。要知道，“机智”号是不带载荷的，它的任务就是开展在火星上飞行的技术验证。未来，美国航天局如果让火星航空器带上载荷，就会增加它的重量，这又是一个很大挑战。“我觉得在火星表面放飞无人机，不是中国火星探测现阶段要考虑的问题，因为它的实用价值不大、造价不菲，性价比不高。”与美国相比，我国开展深空探测起步较晚，在“玩无人机”前，还有很多更重要的基础工作要做，如提高火箭运载能力、增加探测器的载荷等。