创造历史！NASA“机智号”直升机成功实现火星首飞

在今年2月“毅力”号火星车成功登陆火星之后，北京时间4月19日18时50分左右，美国国家航空航天局(NASA)宣布，“毅力号”搭载的火星无人直升机——“机智号” (Ingenuity)成功实现首飞。

根据此前的计划，NASA将于美国东时间4月19日3点30分（北京时间 4 月 19 日 15 点半）开始机智号的首次飞行测试，首飞的相关数据将在飞行结束几个小时后传回地球。

北京时间4月19日18时40分左右，NASA宣布已接收到第一组来自“机智”号的首飞数据，并进入了处理分析工作。

18时50分许，NASA成功获取“机智”号首飞画面，显示“机智”号在火星试飞成功，现场响起热烈的掌声。

△机智号飞行画面

外媒表示，“机智”号直升机的首飞意义不亚于莱特兄弟首次在地球上试飞人造飞行器，将为人类探索宇宙的方式带来新“利器”。

据此前报道显示，“机智号”火星直升机耗资8500万美金，重量仅为1.8公斤，高0.5米，螺旋桨直径1.2米，由两个反向旋转的螺旋桨提供升力，功率350瓦。

机智号在火星上进行首次动力飞行可不是一件容易的事情。虽然火星的表面引力只有地球的三分之一，从这点看有利于飞行器飞行，但是火星的气压只有地球气压的1%，空气非常稀薄。

资料显示，火星地面上的空气密度相当于地球上海拔22英里高的的大气密度，而这个高度远超地球上直升机能飞行的高度。

由于地球的大气密度较高，一架地球直升机可以轻松举起数千磅的重量。而机智号则必须以绝对的力量克服火星上稀薄的空气，因此要求螺旋桨转动更加快速，才有可能飞行。

根据设计，机智号直升机螺旋桨旋转角速度可达2400转每分钟。水平移动的速度为10米每秒，爬升速度为3米每秒。

此前由美国加利福尼亚喷气推进实验室进行的飞行测试中，使用了一个真空室来模拟火星大气层，经测试确认机智号这样的旋翼飞机可以飞行。

但是，需要指出的是，由于机智号在火星飞行，需要将叶片进行高速旋转，而这会产生大量热量，以至于它的飞行时间将会受到限制。

另外，由于机智号直升机靠顶部的太阳能板进行充电，电能储存在锂离子电池中，而机智号本身重量也仅有1.8公斤，除去螺旋桨、以及安装在直升机上的一个彩色相机和一个黑白相机，机智号难以搭载大容量的电池。资料显示，机智号依靠太阳能充电一天，大概只能能够飞行90秒！

另外，由于机智号直升机无法直接和地球联络，要通过毅力号进行信息接力传输，因此，不能飞离毅力号太远，最远航程仅300米，最远通讯距离为1公里。

总结来说，这架价值8500万美元的火星直升机，并没有配备科学仪器，它的主要任务就是证明旋翼飞机可以在火星极薄的大气层中能够飞行。火星直升机比轨道上的人造卫星分辨率更高，而且比火星车更加灵活，机动性更强。一旦飞行成功，将为未来火星探测增加了全新的方式。

△飞行计划示意

根据计划，机智号有31个地球日的测试窗口。与流动站建立无线电联系后，倒计时将开始。假如每个步骤顺利，“机智号”计划将进行连续的5次飞行。

第一次飞行：

原计划于美国当地时间4月11开始的首此飞行已经被多次推迟。如果美国东时间4月19日3点30分左右，机智号火星直升机能够成功起飞的话，那么将升离地面约10英尺 (3米)的高度并悬停，然后在原地盘旋30 秒，最终在半空中转弯并重新降落到表面。底部摄像头每秒可以拍摄30张地面照片，其他摄像头将面向地平线，在飞行时拍摄照片。

第二次飞行：

如果第一次的飞行测试成功，那么“机智号”将爬升至约16英尺，向下飞几英尺，然后再返回停机坪。

第三次飞行：

一旦认为第二次测试成功，则该测试可能会飞得更快，更远，沿着一条飞行路径飞行至160英尺并返回。

第四五次飞行：

直升机可以在一天多风的时候尝试飞行，从而走得更远，同时还可以在不同的高度，方向和速度下飞行。

不过，需要指出的是，机智号飞行测试面临最主要的困难是操控。由于操控信号从地球传输到火星，再从火星发送回地球，这种中间信号的延迟可能长达3至22分钟，通过遥控进行实时操控直升机实是不可能的。所以机智号火星直升机需要有弹性的自动控制的能力。

同时，由于加热器在火星夜间为元件保温消耗了直升机大部分的电能，确保处理自动操作的系统具备高度的运算能力并同时保持低功耗也是一项巨大挑战。此外，部分形式的太空辐射也会逐渐或突然破坏芯片。所以需要缜密的测试与太空防护。

根据之前曝光的信息显示，机智号采用了高通的飞行平台(Qualcomm Flight Platform) ，来应这些挑战。

编辑：芯智讯-林子