機智號直升機在首次飛行時懸停于火星地表上方約3公尺處，直升深圳寶安（外圍經(jīng)紀(jì)人）外圍服務(wù)vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)拍攝下這張直升機陰影的機火影像。 PHOTO BY NASA

NASA的史首毅力號探測車于4月6日與機智號直升機在火星上的自拍照。接著毅力號駛向了61公尺外的飛行高處，俯瞰機智號嘗試進(jìn)行飛行。機智號 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSS

機智號的團隊成員于2019年2月1日在加州帕沙第納（Pasadena）NASA噴射推進(jìn)實驗室7.6公尺寬的真空室「太空模擬室」（Space Simulator）內(nèi)檢查直升機。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

2020年4月29日，NASA的工程師正在進(jìn)行毅力號探測車的行前準(zhǔn)備工作，它將前往4億8000萬公里旅程外的火星表面。在影像中可以看到毅力號探測車的底部和貼附的機智號直升機（影像的下部中央）。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH

2021年3月21日是飛行任務(wù)的第30個火星日，從毅力號探測車的底部釋放了保護(hù)機智號直升機的碎片保護(hù)罩。直升機稍后將向下旋轉(zhuǎn)，脫離探測車的深圳寶安（外圍經(jīng)紀(jì)人）外圍服務(wù)vx《749-3814》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)底部。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSS

在火星表面的NASA機智號直升機。這張照片是在4月5日由毅力號的桅桿相機-Z（Mastcam-Z）所拍攝的，這是探測車上的一對可變焦相機。 PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/ASU

1903年12月17日，奧維爾．萊特（Orville Wright）在他的兄弟威爾伯（Wilbur）在北卡羅來納州的小鷹鎮(zhèn)（Kitty Hawk）進(jìn)行了地球上的首次受控動力飛行，這張影像紀(jì)錄了當(dāng)時的情形。萊特兄弟在那天進(jìn)行了四次飛行，每次飛行的時間都比上一次更久。 NASA的機智號火星直升機還帶了機翼上的一小片織布飛往火星。 NASA
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)美國國家地理（撰文：JAY BENNETT 編譯：邱彥綸）：機智號（Ingenuity）在火星表面升空飛行，為行星探索開創(chuàng)新紀(jì)元。
在4月19日下午，有架小型直升機在從火星表面起飛，開啟了太空探索的新篇章──人類首度于其他行星進(jìn)行動力飛行。 50公分高的機智號直升機在飛離地面約3公尺時，揚起了一些銹紅色的塵土，懸停定位并略微轉(zhuǎn)向后緩慢降落。整段飛行只持續(xù)了大約40秒，但這是史上極為大膽的工程壯舉。
「很多人認(rèn)為不可能在火星上飛行，」美國航太總署（NASA）噴射推進(jìn)實驗室（Jet Propulsion Laboratory，簡稱JPL）的機智號計畫主管翁米米（MiMi Aung，音譯）說：「火星上的空氣太少了。」
火星表面的大氣非常稀薄，相當(dāng)于地球上3萬公尺高空的情形，這個高度遠(yuǎn)超過最強大直升機所能飛行的高度。歷史上，直升機的最高飛行紀(jì)錄是在1972年所創(chuàng)下，法國飛行員尚．布勒（Jean Boulet）在馬賽（Marseille）西北的空軍基地飛到了1萬2442公尺的高空。
這架火星直升機在4月9日遭遇了一些麻煩。在測試兩個旋翼高速轉(zhuǎn)動的情況時，直升機上的電腦提前關(guān)機。噴射推進(jìn)實驗室團隊在查看數(shù)據(jù)后，調(diào)整了發(fā)送啟動旋翼的命令序列，讓機智號能在4月16日完成高速轉(zhuǎn)動測試。而在臺灣時間4月19日下午3點34分，也是火星當(dāng)?shù)貢r間的下午，這架直升機成功完成了首飛任務(wù)。
將來，類似的飛行器可能會為探測車和太空人偵察新的區(qū)域，前往難以抵達(dá)之處收集樣本，并在幾天內(nèi)飛越數(shù)十公里，為火星地貌提供嶄新視野。
自4月3日汽車大小的毅力號（Perseverance）探測車將機智號放置在沒有碎片的平坦區(qū)域之后，機智號就開始獨自運作。機智號在地球上的重量只有1.8公斤，在火星上更只有680克。在火星白天相對較弱的日照下，小型太陽能電池板可為直升機電池充電，而在氣溫陡降至攝氏零下90度的夜晚，則利用電熱器為直升機保暖。
為了在火星大氣進(jìn)行短暫首飛，這架小型旋翼機配備了類似我們手機內(nèi)的中央處理器、自駕車的自動導(dǎo)航技術(shù)、八個鋰離子電池和輕型復(fù)合材料。兩個長120公分的碳纖維旋翼得達(dá)到每分鐘約2500轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速──大約是普通直升機旋翼速度的五倍──才能飛離地表。
團隊成員在機智號的首飛后，開始著手計畫第二次飛行。下次可能會執(zhí)行相同的懸停操作，但會飛得更高也更久。能夠使用毅力號作為對地球通訊中繼站的直升機測試窗口有31天，現(xiàn)在大約位于一半的時間點，之后探測車就會駛離并開始搜索火星過去的生命跡象。團隊計畫在沿著15公尺長的區(qū)域內(nèi)，最多進(jìn)行五次的往返飛行。
「這真是讓人難以置信，」NASA科學(xué)副署長湯瑪斯．澤布謙（Thomas Zurbuchen）表示：「這是人類史上首度在火星上飛行直升機。」
「別再跟我說不可能了！」
2015年，火星直升機團隊正準(zhǔn)備向NASA總部簡報，以尋求經(jīng)費來建造「降低風(fēng)險的運載工具」（risk reduction vehicle）原型。當(dāng)時他們已經(jīng)在噴射推進(jìn)實驗室的真空室內(nèi)飛行、并撞毀了三分之一比例的模型。測試時會將真空室的空氣抽至低壓并灌滿二氧化碳，以模擬火星的大氣環(huán)境。
翁米米在準(zhǔn)備簡報時，忽然靈光一閃。人類無法直接操縱這架直升機，因為它將在數(shù)億公里外的其他行星上飛行，而且地球與火星之間約有15分鐘的通訊延遲。也就是說，直升機必須自行飛行，這表示要開發(fā)一種輕量電腦，以快速估算直升機的位置并據(jù)此調(diào)整旋翼。
翁米米說：「這取決于直升機對擾動的反應(yīng)速度。」 直升機可能會面臨高達(dá)每小時35公里的陣風(fēng)以及壓力的變化，這讓直升機很難在稀薄的空氣中保持穩(wěn)定飛行。
但翁米米知道這是她的團隊可以解決的問題。他們已經(jīng)利用三分之一比例模型證明直升機在火星起飛的可能性，而專精自動技術(shù)的電機工程師翁米米知道，21世紀(jì)的電子技術(shù)已經(jīng)足以制造出能讓直升機飛行的小型電腦。
「從那刻之后，簡直就像是──別再跟我說不可能了！」翁米米說：「 還有什么能阻擋我們呢？」
但要讓NASA總部信服可不只是一次簡報就能做到，他們提供經(jīng)費建造了在2016年進(jìn)行了一連串測試的原型機。首先是將直升機固定在真空室內(nèi)的定點，轉(zhuǎn)動旋翼并測量轉(zhuǎn)矩和升力，以確保數(shù)學(xué)與團隊模型相符。
但是當(dāng)原型機定位時，來自旋翼的力量可能會與地面和測試臺交互作用。這種交互作用展生的振動可能會影響直升機的控制系統(tǒng)，并讓直升機碎裂──和造成真實大小直升機在嘗試起飛時碎裂的效應(yīng)相同。
「我們有可能會失去一切，」翁米米說：「如果我們在任何時候發(fā)生這樣的情形，那計畫可能會被取消。」就算計畫繼續(xù)進(jìn)行，但當(dāng)時若是測試失敗可能會使團隊無法及時完成直升機，讓它得以貼著探測車底部飛上火星。毅力號探測車預(yù)定于2020年7月地球和火星處于最佳相對位置時發(fā)射，「不管有沒有我們的直升機，毅力號都會出發(fā)。」
測試成功、數(shù)學(xué)也沒錯。這架原型機能在真空室中飛行、懸停、轉(zhuǎn)向和降落，這表示直升機不僅可以在火星上起飛，還能自動控制飛行。
「我們解決了空氣動力學(xué)上的挑戰(zhàn)，」機智號的總工程師包伯．巴拉雷姆（Bob Balaram）回憶起當(dāng)時的想法， 「現(xiàn)在我們要來打造直升機的其他部分了。」
碳纖維和釣魚線
質(zhì)量是飛行的大敵，尤其是在火星上。機智號直升機每增加1克，都會使旋翼必須產(chǎn)生的升力和推力增加。
「直升機得要非常輕量，」直升機副營運長泰迪．扎內(nèi)托斯（Teddy Tzanetos）表示：「機智號的質(zhì)量是1.8公斤，要將我們所有需要的東西塞進(jìn)這1.8公斤里，真是項工程壯舉。」
直升飛機的大部分零件，包括旋翼、起落架和機身（裝有電子設(shè)備的小盒），都是由位于加州西米谷的航空承包商AeroVironment公司所制造。這家公司為NASA制造軍用無人機及實驗飛機，像是有著以太陽能板作為動力的飛翼「太陽神號」（Helios）──與直升機不同，它的飛行高度可高達(dá)約3萬公尺。
機智號的兩個碳纖維旋翼以相反的方向轉(zhuǎn)動，抵消了單旋翼直升機的轉(zhuǎn)矩（單旋翼直升機利用尾槳來抵消主旋翼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩）。這些旋翼不僅要夠大、非常輕巧，而且還要非常硬挺，以免因為晃動而破壞氣流。
「同樣也是由碳纖維制成的起落架，是另一個『有趣的挑戰(zhàn)』，」自計畫開始就參與火星直升機工作的AeroVironment資深航空機械工程師班．皮彭伯格（Ben Pipenberg）這么說。
他說：「火星上的重力約為地球上的三分之一，著陸時得非常小心才不會反彈。」起落架也必須折疊收起，這樣機智號才能緊貼著毅力號的車底下方飛向火星。 「如果在放下直升機時起落架沒有打開，或是直升機著陸時因反彈而翻轉(zhuǎn)──那非常不幸，一切都完了。
火星的重力也帶來了其他挑戰(zhàn)──無法在地球上完美模擬火星環(huán)境。 2018年，團隊在噴射推進(jìn)實驗室的真空室內(nèi)測試了機智號直升機的原尺寸同型機，他們抽氣讓大氣壓力減弱，并打入適當(dāng)氣體以模擬火星上的大氣環(huán)境。但重力就無法調(diào)整了，為此他們使用了所謂的「重力卸載系統(tǒng)」（gravity offload system）來補償。
「你可以把這個系統(tǒng)想像成是個有著釣線的釣魚線軸、馬達(dá)和非常精確的轉(zhuǎn)矩感測器。」扎內(nèi)托斯這么說，這條線用「非常牢固的結(jié)」與直升機相系，還有數(shù)個做為備用的繩結(jié)，線軸以非常準(zhǔn)確的力道向上拉起直升機，以模擬火星的低重力環(huán)境。
第二臺完整的原型機完成了環(huán)境測試，證明它可以承受火箭發(fā)射的振動和火星夜晚的嚴(yán)寒溫度。 2019年初，團隊已經(jīng)建造出要前往火星的實機，并在真空室中進(jìn)行了兩次飛行能力測試。
翁米米在測試后說：「下一趟飛行，就是在火星上了。」
「上百架直升機翱翔在火星上空」
現(xiàn)在機智號完成了首次飛行，我們距離將飛行用作行星探索的例行工作，又再更近一步。翁米米表示：「我的夢想是飛行器能成為探索太空的標(biāo)準(zhǔn)配備。」
該團隊認(rèn)為機智號相當(dāng)于飛機版的旅居者號（Sojourner）探測車，旅居者號在1997年成為首度在火星行駛的車輛。和機智號一樣，旅居者號由更大的火星拓荒者號（Mars Pathfinder）登陸器帶往火星。
「科學(xué)界并不喜歡它，」?jié)刹贾t提到旅居者號時這么說：「他們覺得，嘿，我們用登陸器就能完成所有我們想做的事情了。」
不到25年后的現(xiàn)在，NASA就有不只一輛、而是兩輛汽車大小的探測車正在火星表面探索。 2012年登陸的好奇號（Curiosity）探測車和毅力號都在解密這顆行星獨特的地質(zhì)歷史，并尋找過往生命所遺留下來的痕跡。毅力號還預(yù)備要收集第一批將返回地球的火星巖石樣本，這對我們最后要了解​​火星是否曾經(jīng)適合生命生存來說至關(guān)重要。
未來的直升機可能會成為探測車或什至人類的偵察兵，他們可以探索火星車和人類根本無法抵達(dá)的區(qū)域──像是綿延4000多公里的水手號峽谷（Valles Marineris），或是約兩倍半圣母峰高度的奧林帕斯山（Olympus Mons）陡坡。
「我可以想像有上百架直升機翱翔在火星上空的場景。」在 2001年至2016年擔(dān)任噴射推進(jìn)實驗室負(fù)責(zé)人的查爾斯．埃拉奇（Charles Elachi）這么說，在他任內(nèi)負(fù)責(zé)啟動了火星直升機的計畫。 「我可以預(yù)見未來有個任務(wù)會是有臺著陸器，上面有好幾十架直升機，這些直升機將飛越巡查一大片區(qū)域，并帶回樣本。」
埃拉奇說，噴射推進(jìn)實驗室團隊已經(jīng)在思考建造更大型的直升機，能夠攜帶更重的酬載并探測更廣大的區(qū)域。 「探測車一年可以走好幾公里，但直升機一天就可以飛越好幾公里，」他說：「可能的效益非常大。」
目前，團隊將仔細(xì)研究首次飛行的數(shù)據(jù)，以計畫機智號的其他飛行──也許還需要一些時間來思考未來在其他行星上飛行的飛行器。 「只要有大氣，我們就可以在任何地方飛行，」翁米米表示：「這應(yīng)該成為我們派遣旋翼機探索其他星球的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。」