直升机在火星升空：未来会怎样？

火星飞行的未来在周一开启。随着我们对火星直升机的工程和应用进行微调，这将是未来一两年的又一次发现之旅。

美国宇航局喷气推进实验室的团队在 Ingenuity（屏幕上）周一在火星上进行首次飞行后做出反应。 （来源：美国宇航局通过路透社截取的视频）

当第一缕阳光穿过华盛顿一个凉爽的春天早晨的云层时，一架小型直升机在近 3 亿公里外的一个寒冷而荒凉的星球上起飞。来自如此遥远的另一个世界的消息，或许为地球上流行的严峻现实提供了一点欢呼。美国东部时间上午 6 点 46 分，来自火星的下行数据显示，小型直升机 Mars Ingenuity 第一次 40 秒飞行 它在空中上升了大约 3 米。

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莱特兄弟时刻

几年前，我在去家庭度假的途中访问了北卡罗来纳州的基蒂霍克。基蒂霍克 (Kitty Hawk) 是外滩群岛尽头的一个不起眼的小镇。正是在 Kitty Hawk，奥维尔和威尔伯·赖特 (Orville 和 Wilbur Wright) 两兄弟有着令人惊讶的愿望，想尝试驾驶这架后来成为地球上第一架飞机的飞机。如果你退后一百年，那个时候别说飞行，汽车还不流行。第一辆福特汽车是在 1903 年组装的：就在莱特兄弟试图驾驶第一架飞机的时候。因此，有趣的是，在汽车稀少的时代，人类追求飞行的愿望。主要的交通方式是马和马车：当时人们对过渡到无马车或汽车有抵抗力。与 Ingenuity 一样，莱特兄弟的第一次动力飞行时间很短（大约 12 秒）。像 Ingenuity 一样，当时没有人知道（成功的飞行）这次飞行是否会改变科学和技术，或者与历史进程无关。当然，对于莱特兄弟来说，我们知道这次飞行改变了人类文明。对于Mars Ingenuity，当然，我们不知道未来会发生什么：不管怎样，我们也许会在半个世纪后知道。

Amitabha Ghosh 博士是美国宇航局驻华盛顿的行星科学家。从 1997 年的火星探路者任务开始，他曾参与多项 NASA 火星任务。他曾担任火星探索漫游者任务科学运营工作组的主席，并负责领导火星上的战术漫游者运营工作 10 多年。他帮助分析了火星上的第一块岩石，这恰好是从另一颗行星分析的第一块岩石。

直升机在火星任务

快进一百年： 尝试这个雄心勃勃的实验的愿望来自喷气推进实验室，它介于疯狂和雄心勃勃之间，因为火星上的大气层非常稀薄。不知何故，这个实验与毅力漫游者的广泛目标不符，后者的任务是从寻找生命证据到在火星上制造氧气的科学目标。但是，美国宇航局总部的官员从长远来看并签署了这项雄心勃勃的技术：一个非常重要的考虑是技术演示可能会失败。

工程挑战： 在火星上飞行是一项工程挑战：与地球上的大气相比，大气的密度只有 1%。为了维持飞行，直升机桨叶必须以 2400 rpm（每分钟转数）的速度旋转，大约是在地球上飞行的客用直升机的 8 倍。一架直升机在火星上飞离地面几米，相当于一架直升机飞到珠穆朗玛峰高度的2-3倍。为了提供背景信息，波音 747 等飞机的飞行高度约为 30,000 英尺，即珠穆朗玛峰的高度。最好的战斗机，如美国空军的 SR-71，可以飞到珠穆朗玛峰高度的三倍。

另一个挑战是设计一种拥有自己的动力、通信和机械子系统的飞行器，而且预算分配如此之小。这艘飞船不仅需要达到如此高的转速并依靠太阳能电池板供电，Ingenuity 还必须在非常寒冷的火星之夜中生存下来，这对电池和机载计算机来说可能是残酷的。

在这张来自 NASA 的图片中，NASA 的实验性火星直升机 Ingenuity 于 2021 年 4 月 19 日星期一在火星表面上空盘旋。这架 4 磅重的小型直升机星期一从尘土飞扬的红色表面升入稀薄的火星空气，实现了首次动力控制飞行在另一个星球上。 （美国宇航局通过美联社）

展望未来

对于地球来说，没有人知道航空是否会变得普遍并成为人类生活的重要组成部分。第一种商业航空公司在 1920 年代在让人们飞行方面并没有取得多大成功。既没有基础设施，也没有将飞行转变为大众市场业务的需求。航空业不适合胆小的人。一些着名的实业家，如亨利福特，在未能实现盈利业务后，进入了该行业，被烧毁并退出。印度的 JRD Tata 等其他公司在商业航空的艰难诞生中幸存下来，并继续经营一家成功的航空公司。

Ingenuity 可以通过两种方式改变火星航空的历史，也可以不改变。首先，这可能会产生多个任务，以测试火星飞行的边界以及使用火星直升机满足任务需求的可行性。继 Ingenuity 之后，还需要进行其他几项直升机任务来进一步测试其他工程问题：最重要的是，火星直升机能飞多远，能飞多高，能承载的最大重量是多少？如果这些距离确实很重要，是否可以使用直升机在火星上运送人类或运送货物？我们离答案还很远，但这些是我们探索火星飞行的工程边界时可能会考虑的一些问题。

其次，像 Ingenuity 这样的小型直升机可以做什么来支持漫游者任务？火星探测器可以在每个溶胶中穿越有限的距离。造成这种情况的原因之一是关于漫游车的拟议路线的信息有限。来自轨道的高分辨率图像支持在火星上行驶，但来自直升机的图像可以具有更高的分辨率并且可以快速实现。来自轨道的图像的周转时间要长得多。因此，直升机应该能够在漫游车路线上提供更好的危险图像：这有助于规划更长时间的驾驶。其次，漫游者无法到达的部分景观可能是锯齿状的岩石或陡峭的山丘或洼地。据推测，直升机可以用来着陆、进行快速的科学侦察，甚至可以带回岩石样本供漫游车进行分析。

底线

火星飞行的未来在周一开启。随着我们对火星直升机的工程和应用进行微调，这将是未来一两年的又一次发现之旅。

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