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NASA的火星直升機在大氣密度不足地球1%能成功嗎﹖
1903年﹐萊特兄弟試飛了地球上第一架飛機。但火星的稀薄大氣不足地球1%﹐是否也能托起人類的飛行夢﹖
這個問題的答案﹐將在明年春天揭曉。今晚美國國家航空航天局(NASA)發射升空的「毅力號」火星車帶著一位不同尋常的小夥伴﹕「靈巧號」(Ingenuity)火星直升機。機如其名﹐只有1.8公斤重﹐卻有壯志凌雲。
「靈巧號」不攜帶科學儀器﹐是一個獨立試驗﹐將在有限範圍內進行技術演示。它的方形機身裝有電腦﹑相機﹑電池等﹐大小為20×16×14厘米。此外﹐直升機配有1架天線﹑太陽能板﹑著陸支腿和2個旋翼。四片特製的碳纖維葉片組成兩個轉子﹐能以約2400轉/分的轉速反響旋轉﹐比地球上的客運直升機快上很多倍。
為什麼直升機難以在火星上飛行﹖
第一﹐火星大氣很稀薄﹐密度比地球大氣層低99%﹐直升機很難獲得足夠的升力。因此﹐「靈巧號」必須做得很輕﹐旋翼槳葉做得更大﹐轉速也更快。
第二﹐「毅力號」火星車的目標登陸點是傑澤羅隕石坑﹐那裡的夜晚冰冷刺骨﹐可到零下90攝氏度。低溫推高了對直升機的部件設計要求。
第三﹐「靈巧號」是無人飛行﹐工程師需要提前發送命令﹐而數據會延遲很長一段時間才反饋回地球。在這中間﹐直升機需要自主決定如何飛到指定地點﹐並且給自身保溫。
「靈巧號」這個名字來自阿拉巴馬州的高中生Vaneeza Rupani,原本是火星車的提名。NASA最終挑中了 「毅力號」﹐但認為「靈巧號」配直升機絕妙﹐因為該團隊在研發時採用了大量創造性巧思。
從2014到2019年﹐噴氣推進實驗室(JPL)的工程師們通過特殊空間模擬器逐步改進模型﹐最終證明有可能製造出一種輕型直升機﹐能在火星稀薄大氣中產生足夠升力並耐受火星環境。2019年1月﹐火星直升機通過了最終的飛行評測。
在2021年春天嘗試起飛和降落之前﹐「靈巧號」還有一連串里程碑要打卡﹐每一步都值得慶祝。這些節點包括﹕火星車從卡納維拉爾角發射升空﹐飛向火星﹐著陸火星﹔火星車放下保護直升機的防護罩﹐駛入選定的機場(一塊10×10米的平地)﹔從「毅力號」的肚子裡(在火星車上找到個「停機位」可不容易)下降13厘米﹐安全落到火星表面﹔在火星寒夜裡自主保暖﹔用太陽能電池自主充電﹔最後﹐「靈巧號」將嘗試起飛。如果一次試飛成功﹐「靈巧號」還會在30個火星日窗口內嘗試額外4次飛行試驗。
如果成功﹐「靈巧號」演示的飛行技術將為未來火星探測任務納入更先進的飛行器做鋪墊。這些飛行器可以提供不同於高空軌道器和地面漫遊車的全新視角﹐為機器人或人類提供高清圖像﹐並能進入火星車難以觸及的地形。
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