今年2月與毅力號(hào)探測(cè)車同時(shí)登陸火星的機(jī)智號(hào)直升機(jī)，于日前從火星表面成功起飛。更重要的是，機(jī)智號(hào)在“火表”上方三米處懸停約30秒后，又重新降落于地面。

聽(tīng)起來(lái)好像不是什么難事，但其中卻是大有玄機(jī)。機(jī)智號(hào)直升機(jī)在另一顆星球表面的首次動(dòng)力飛行，標(biāo)志著人類在太空探索領(lǐng)域樹(shù)立起又一座新的里程碑。

雖然阿波羅11號(hào)航天器幾十年前就成功登陸了月球，但它在發(fā)射時(shí)只需要克服月球引力、重返地球環(huán)繞軌道即可。然而，火星的情況完全不同，要求我們?cè)谝粋€(gè)大氣密度僅為地球百分之一的環(huán)境下維持穩(wěn)定飛行。

而且請(qǐng)大家注意，機(jī)智號(hào)直升機(jī)的制造前后投入六年。只有我們認(rèn)清了這架小小直升機(jī)中的復(fù)雜奧秘，才能理解為什么它的制造要耗費(fèi)這么長(zhǎng)時(shí)間。

在火星表面起飛，為什么如此重要？

在紅色星球上放飛直升機(jī)，會(huì)帶來(lái)一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。首先也是最重要的一點(diǎn)，就是怎么為直升機(jī)提供足夠的升力。

直升機(jī)的葉片或者說(shuō)“旋翼”必須通過(guò)極高的旋轉(zhuǎn)速度才能產(chǎn)生足夠的升力，但這里還有一個(gè)隱含的前提——一定的大氣密度。雖然火星上確有大氣層，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)比地球大氣更稀薄。

換句話說(shuō)，機(jī)智號(hào)在火星表面的飛行難度，相當(dāng)于要在地球上10萬(wàn)英尺的高度放飛直升機(jī)。作為參考，商用客機(jī)的飛行高度一般在地球表面3萬(wàn)到4萬(wàn)英尺之間，而大家熟悉的直升飛機(jī)最高飛行高度一般為42000英尺。

為了提前在地球環(huán)境下模擬起飛過(guò)程，研究人員需要建設(shè)一處加壓室，并從中抽掉大量空氣以還原火星環(huán)境。

再來(lái)看火星重力，其大約為地球重力的三分之一——這算是個(gè)難得的利好消息。如果忽略掉火星與地球在大氣密度方面的差異，那么只要重力較小，我們就能以更低的輸出功率讓機(jī)智號(hào)成功升空。

但很遺憾，火星重力的優(yōu)勢(shì)被稀薄的大氣輕易抵消，起飛難題仍然存在。

因此，機(jī)智號(hào)的順利升空除了具有偉大的歷史意義之外，同時(shí)也有重要的現(xiàn)實(shí)意義——代表著我們成功克服了以上種種難題。

先進(jìn)制造

機(jī)智號(hào)可以通過(guò)兩種主要手段克服火星稀薄大氣帶來(lái)的挑戰(zhàn)。首先，為了產(chǎn)生升力，兩個(gè)碳纖維制成的旋翼必須保持遠(yuǎn)超常規(guī)直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

在地球上，大多數(shù)直升機(jī)與無(wú)人機(jī)的旋翼會(huì)保持每分鐘400到500轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度。而機(jī)智號(hào)的旋翼則將轉(zhuǎn)速速度提升至每分鐘2400轉(zhuǎn)。

此外，機(jī)智號(hào)還擁有獨(dú)特的機(jī)體與翼展比。盡管機(jī)智號(hào)的本體只有一個(gè)紙巾盒大小，但其翼展卻長(zhǎng)達(dá)1.2米。

此外，就連通訊信號(hào)的發(fā)射都需要借助一系列先進(jìn)技術(shù)。雖然在理論上，無(wú)線電信號(hào)只需要幾分鐘就能從地球傳遞至火星，但直升機(jī)要真正接收到信號(hào)仍要忍受長(zhǎng)達(dá)幾小時(shí)的延遲。

沒(méi)錯(cuò)，信號(hào)需要由地球上的計(jì)算機(jī)出發(fā)，先后經(jīng)由衛(wèi)星天線、火星軌道探測(cè)飛行器、毅力號(hào)探測(cè)車、最后才抵達(dá)機(jī)智號(hào)直升機(jī)。

火星上的遙控飛行

機(jī)智號(hào)承載著重要的技術(shù)演示任務(wù)。簡(jiǎn)而言之，機(jī)智號(hào)唯一的目標(biāo)就是證明自己有能力完成一系列簡(jiǎn)單任務(wù)。在接下來(lái)幾周內(nèi)，這架輕的直升機(jī)還會(huì)進(jìn)行三到四輪飛行，其中包括一輪極具冒險(xiǎn)性的300米持續(xù)飛行計(jì)劃。

飛行期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將通過(guò)收集分析，為后續(xù)更復(fù)雜的火星飛行器提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。因此看似簡(jiǎn)單的機(jī)智號(hào)，實(shí)際是在為地外飛行器的設(shè)計(jì)研究新時(shí)代拉開(kāi)序幕。

同樣重要的是，無(wú)人機(jī)與直升機(jī)天然擁有遠(yuǎn)超傳統(tǒng)探測(cè)車的偵察能力，可以在火星表面提前核查區(qū)域情況、確認(rèn)是否安全，而后再由火星探測(cè)車親自前往。這類飛行器甚至有望幫助人類在火星表面大范圍尋找水資源與生命跡象。

預(yù)計(jì)到2035年，第一批人類將正式登陸火星。作為技能儲(chǔ)備中的重要環(huán)，他們將通過(guò)培訓(xùn)了解如何在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)操作火星飛行器，調(diào)查一切可能造成人身、宇航服、飛行器或探測(cè)車損傷的風(fēng)險(xiǎn)因素。

敬畏過(guò)去，展望未來(lái)

為了向地球上的首次動(dòng)力飛行致敬，NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們還在機(jī)智號(hào)火星直升機(jī)上搭載了一份小小的“紀(jì)念品”——1903年萊特兄弟飛機(jī)上的一小塊機(jī)翼材料。這塊珍貴的材料，就藏在機(jī)智號(hào)一塊太陽(yáng)能板下方的電纜處。

這是萊特兄弟的飛機(jī)材料被第二次帶入太空；當(dāng)初的阿波羅飛行任務(wù)中，宇航員們就已經(jīng)將機(jī)翼材料帶上月球。

研究人員還在努力克服地外飛行帶來(lái)的其他障礙。蜻蜓號(hào)直升機(jī)已經(jīng)啟程，預(yù)計(jì)將于2034年抵達(dá)土星衛(wèi)星泰坦表面并嘗試飛行。

隨著我們對(duì)更多行星展開(kāi)探索，人類史正緩緩翻開(kāi)新的篇章。