机智号火星首飞成功,30秒惊险悬停,创造「莱特星球时刻」

新智元2021-04-20
火星首飞,成功!

编者按:本文来自微信公众号“新智元”(ID:AI_era),作者:新智元,编辑:小匀、LQ、LRS,36氪经授权发布。

北京时间4月19日15时30分,机智号首飞成功,并完成3米高度悬停30秒的高难度动作!这是人类飞行器首次地外动力受控飞行。118年前,莱特兄弟在地球上首次试飞人造飞行器;118年后,机智号为人类探索宇宙带来了划时代的突破!

机智号首飞成功! 

旋转、起飞、攀升、悬停、下降、着陆、自旋! 

整个飞行过程,持续了 39.1秒 。 

这是人造航空器首次在另一个行星上受控飞行,犹如毅力号火星车的「眼睛」,在稀薄的火星大气层中「眨了眨」。

机智号何以实现地外起飞?

被 「鸽」 了两次以后,数十万人终于通过毅力号的 「眼睛」 看到了机智号在火星上的首次飞行。 

机智号上升到3米后盘旋了约 30 秒 后降落,包括上升和下降的过程,整体持续39.1秒 。 

值得注意的是,由于数据必须通过轨道卫星和NASA的Deep Space Network往返于地球和火星之间,机智号并不能通过操纵杆控制,飞行也不能从地球上 实时 观测到。 

机智号的导航相机拍到的自己投在火星表面的影子! 

在这颗红色星球上起飞无人并不是一件简单的事,火星表面的平均气压为0.6千帕,相比之下地球气压为101.3千帕,也就是说火星大气压力不到地球的 百分之一 。 

稀薄的空气使得旋翼飞行器上的叶片只能通过旋转获得很小的上升力,尽管火星表面重力大约只有地球表面的 1/3 ,但机智号仍然需要尽可能减轻自己的「体重」,机智号极为轻巧,重量仅 1.8千克 ,高 0.5米 ,驱动电机的峰值功率可达到 350瓦 。 

为了让机智号能够在火星上飞行,它还必须足够坚固,能够承受高转速对机体结构的考验。为此,机智号的旋翼、支脚都使用 「碳纤维」 构成。 

机智号还拥有 「快得不真实」 的叶片转速。地球上的直升机主旋翼转速一般为每分钟300转左右,一些小型机或超轻无人机则拥有每分钟近千转的转速,而机智号为 每分钟2500转 。 

火星「莱特兄弟时刻」,现在就是了!

尽管在火星飞行困难重重,NASA还是挤出一点空间,在机智号上放了取自 莱特兄弟「飞行者一号」 机翼上的一块 布料 ,大小跟邮票差不多,绑在机智号太阳能板下面的电缆上。 

NASA也将此次成功的受控飞行称为 「莱特兄弟时刻」 ,将成为人类探索宇宙的「新利器」。 

1903年12月17日, 莱特兄弟 驾驶自行研制的飞机「飞行者一号」成功的在空气中进行稳定的飞行。 

莱特兄弟虽然不是进行航空器飞行试验的第一人,但他们首创了让固定翼飞机能受控飞行的飞行控制系统,此项技术至今仍被应用在所有的固定翼航空器身上。 

机智号总工程师Bob Balaram表示,莱特兄弟引入了空中移动性,开创了地球旅行的新维度,我们也希望机智号能 开创火星的空中移动新维度 。 

此外,机智号还获赠国际民航组织(ICAO)的官方代号 IGY ,呼号为 INGENUITY ! 

机智号总工程师Bob Balaram 

机智号的主要目的是进行技术验证,验证人类采用飞行探测地外星球的全新技术。 

NASA已经批准了对土星大卫星「土卫六」的飞机探索任务。「蜻蜓」飞行器将于2026年发射,2030年代中期到达土卫六。NASA的科学家认为土卫六上存在可能孕育生命的液态水、有机物和光照能量,其中火山口附近区域的宜居条件最好,最可能存在生命。 

在「黑暗森林」,我们是猎人还是猎物,出去看看就知道了! 正如NASA JPL办公室墙上的这句话: Dare Mighty Things!(挑战非凡!) 

首飞成功后,「机智号」项目经理MiMi Aung立刻撕掉了为首飞失败而准备的演讲稿,她说: 每个星球只有一次首飞! 我们一直讨论的火星「莱特星球时刻」,现在就是了! 

毅力号「大副」历经波折终起飞

2个月前, 「毅力号」 火星车不经变轨直接坠入火星大气层,随后,它向地球传回一张火星表面照片,确认着陆成功,开启人类探索火星新阶段! 

作为毅力号的「大副」,机智号随同前往,成为 「第一架」 前往其他星球飞行的直升机。 

机智号携带了两个摄像头,依靠太阳能充电,每个火星日飞行约90秒。 

机智号的主要目的并不是收集数据,除了一个 黑白导航摄像头 和一个 1300万像素的彩色成像仪 之外,它没有配备任何其他设备, 

通过分析导航相机拍摄的照片,机智号就能实时获取 飞行中的方位 ,也为「毅力号」提供精准的火星地图。 

此前,NASA对机智号进行了多次预飞行检测,都很成功,但最后一次出了问题。 

4月9日,在对机智号的双螺旋浆进行高速旋转测试时,本应该达到2500转的旋转速度,但由于 「看门狗计时器」 出了问题,使得机智号没有按要求转换到「飞行模式」。 

因此首飞一再推迟,知道17日,机智号项目组宣布对从地球发给机智号的 「命令序列」 进行了调整,并确定了19日为首飞日。 

项目组透露,除了看门狗计时器的问题之外, 直升机一切正常 ,对命令序列的调整也是最为直接,破坏性最小的,也不用改变其他相关配置。 

首飞成功也证明了序列调整行之有效。 

首飞只是开始

机智号团队一直将自己比作探索火星的 「莱特兄弟」 。 

对机智号的飞行安排也和莱特兄弟当年的试飞计划如出一撤: 一次比一次飞得更高。 

接下来一个月里,机智号将进行多达4次的飞行。 

而第二次、第三次飞行,机智号将挑战更高的飞行高度—— 5米 ,沿着实验航向进行高达 50米 的移动。 

如果这三次飞行都能成功,那么机智号将开始它真正的 「火星探险之旅」 。 

飞行任务中,毅力号无疑将成为机智号与地球之间链接的纽带,但时间不能超过一个月,毕竟毅力号也有自己的任务——穿越45千米宽的 杰泽罗 (Jezero)陨石坑搜寻火星 远古生命 ,还要采集十几分样本。 

这些样本最早将于2031年被送回地球,届时科学家将对这些火星原始物质进行更为详尽的分析。 

机智号首飞成功标志着人类太空探索从此进入了「巡视车+直升机」的全新立体化模式,这可以说是人类历史的一个里程碑。期待接下来机智号传回更多地外精彩。

参考链接: 

https://www.space.com/mars-helicopter-ingenuity-first-flight-success?utm_source=notification 

https://twitter.com/NASAJPL/status/1384153566038818826 

https://mars.nasa.gov/news/8923/nasas-ingenuity-mars-helicopter-succeeds-in-historic-first-flight/ 

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