2021 年 4 月 19 日這天，美國國家航空航天局(NASA)再次創(chuàng)造了歷史——在寒冷陌生的火星上，一架來自地球的直升機(jī)順利起飛!
北京時(shí)間 2021 年 4 月 19 日 18:15 左右，NASA 直播開啟，首架火星無人機(jī)「機(jī)智號(hào)」(Ingenuity)首次飛行的數(shù)據(jù)傳回地球并公布。
NASA 官方直播一開始，畫面中便是任務(wù)控制中心人員等待數(shù)據(jù)的場景：
在等待數(shù)據(jù)的間隙，NASA 通過一段視頻回顧工程團(tuán)隊(duì)幾年來的努力，并致敬了萊特兄弟。
在 NASA 眼中，此次火星試飛直升機(jī)的意義不亞于當(dāng)年萊特兄弟的首次試飛。
項(xiàng)目經(jīng)理 Mimi Aung 在直播中介紹，現(xiàn)階段團(tuán)隊(duì)有這樣 3 項(xiàng)目標(biāo)：
在地球上驗(yàn)證直升機(jī)火星起飛的可能性;
真正實(shí)現(xiàn)在火星起飛;
確認(rèn)試飛成功，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)一步規(guī)劃未來的工作。
因此她表示，今天團(tuán)隊(duì)所獲取的數(shù)據(jù)相當(dāng)關(guān)鍵。
終于在幾十分鐘后，機(jī)智號(hào)數(shù)據(jù)傳來，工程團(tuán)隊(duì)確認(rèn)首飛成功!
這是機(jī)智號(hào)上的導(dǎo)航相機(jī)拍到的在火星表面的影子：
這是毅力號(hào)探測器拍到的在火星起飛的機(jī)智號(hào)：
團(tuán)隊(duì)成員興奮地表示：
It's real! It's real! It's so amazing! (這是真的，太棒了!)
NASA 首架火星無人機(jī)如何飛?
2020 年 7 月 30 日，美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地 41 號(hào)發(fā)射場，搭載著毅力號(hào)火星車(Perseverance Rover)的宇宙神 5 號(hào)火箭發(fā)射升空。
在經(jīng)歷了近 7 個(gè)月的長途旅行之后，毅力號(hào)探測器終于在北京時(shí)間 2021 年 2 月 19 日凌晨順利登陸，到達(dá)位于火星北緯 18 度、西經(jīng) 77 度區(qū)域的杰澤羅隕石坑(Jezero Crater)。
毅力號(hào)探測器被稱為是“可移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室”，在它的諸多載荷中，最受關(guān)注的或許就是機(jī)智號(hào)了。
附著在毅力號(hào)探測器下方的機(jī)智號(hào)，原本被一個(gè)防護(hù)罩保護(hù)著。3 月 21 日，即探測器登陸火星的第 30 個(gè)火星日(一個(gè)火星日約為地球上的 24 小時(shí) 39 分 35 秒)，機(jī)智號(hào)的防護(hù)罩被拋棄，機(jī)身顯露出來，總算在火星上首次亮相。
實(shí)際上，拋棄防護(hù)罩僅僅是機(jī)智號(hào)正式啟動(dòng)試飛環(huán)節(jié)的第一步，隨后還經(jīng)歷了這樣幾步：
機(jī)械手釋放機(jī)智號(hào)，兩只著陸腳展開;
通過馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，機(jī)智號(hào)進(jìn)入垂直鎖定狀態(tài)，另外兩只著陸腳展開;
機(jī)智號(hào)保持被懸掛在毅力號(hào)下方的狀態(tài)，同時(shí)開始通過太陽能板的 6 塊鋰電池給自己充滿電;
選好一塊 10 米乘 10 米的、較為平坦開闊且無障礙物的“停機(jī)坪”，將位置擺正在“停機(jī)坪”正中央。
值得一提的是，上述幾步看似簡單，實(shí)則會(huì)持續(xù)好幾個(gè)火星日，原因就在于機(jī)智號(hào)每做一個(gè)動(dòng)作都會(huì)被拍下、傳輸給地面，經(jīng)工作人員確認(rèn)后才能進(jìn)行下一步，而火星和地球相距遙遠(yuǎn)，存在通信延時(shí)。
在火星上試飛究竟難在哪里，機(jī)智號(hào)機(jī)械工程師 Taryn Bailey 表示：
由于火星大氣密度不足地球的 1%，相比在地球上控制一架無人機(jī)起飛，在火星上實(shí)現(xiàn)起飛相當(dāng)困難。
幸運(yùn)的是，機(jī)智號(hào)順利完成了任務(wù)：直升至火星表面上方 3 米左右高度，并在適當(dāng)位置懸停 30 秒鐘再旋轉(zhuǎn)，隨后緩慢降落。
具體而言，螺旋槳轉(zhuǎn)速在 12 秒內(nèi)從 0 達(dá)到了 2500 轉(zhuǎn)/分鐘，僅用 6 秒飛行高度就超過了 3 米。
NASA 首架火星無人機(jī)強(qiáng)在哪?
早在 1903 年 12 月 17 日，萊特兄弟首次試飛了一架完全受控、依靠自身動(dòng)力、機(jī)身比空氣重、持續(xù)滯空不落地的飛機(jī)，也就是世界第一架飛機(jī)「飛行者一號(hào)」。
此次工程團(tuán)隊(duì)也對「飛行者一號(hào)」做了致敬——機(jī)智號(hào)攜帶了一塊郵票大小的來自「飛行者一號(hào)」的布料。
自然，這架耗資 8500 萬美元的無人機(jī)，不是只會(huì)“賣情懷”。
機(jī)智號(hào)重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋槳直徑 1.2 米，由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳提供升力，功率 350 瓦。
值得關(guān)注的是，正因?yàn)榛鹦谴髿饷芏炔蛔愕厍虻?1%，工程團(tuán)隊(duì)才盡可能將機(jī)智號(hào)做得足夠輕巧，比如直徑 1.2 米的螺旋槳(其轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到 2277 轉(zhuǎn)/分鐘以上，保證機(jī)智號(hào)平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)任務(wù))是由輕質(zhì)碳纖維泡沫材料打造而成。
正所謂“麻雀雖小五臟俱全”，機(jī)智號(hào)所配備的設(shè)備很是齊全：
充電方面，通過頂部的太陽能板實(shí)現(xiàn)，充電一天大概可飛行 90 秒。
導(dǎo)航方面，通過相機(jī)跟蹤估計(jì)速度實(shí)現(xiàn)視覺導(dǎo)航。
配備高通驍龍 801 處理器、高通飛行控制面板以及 Linux 飛行控制系統(tǒng)。
此外也有慣導(dǎo)、激光測高計(jì)、傾斜計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀等設(shè)備。
另外，其設(shè)計(jì)規(guī)格符合航天器標(biāo)準(zhǔn)，可承受火箭發(fā)射過程中產(chǎn)生的重力和振動(dòng)，同時(shí)還配備了抗輻射系統(tǒng)，在嚴(yán)寒的火星環(huán)境中也可正常運(yùn)行。
當(dāng)然，即便 NASA 為了這架小小的無人機(jī)投資了約 8500 萬美元，它本質(zhì)上還是一款技術(shù)展示設(shè)備。
此前 NASA 曾介紹：
機(jī)智號(hào)將在火星車著陸后的 60-90 個(gè)火星日后進(jìn)行為期 30 天的飛行穩(wěn)定性測試，預(yù)計(jì)最多飛行 5 次，每天飛行不超過 3 分鐘，每次航程最遠(yuǎn) 300 米，最大高度 5 米。
也就是說，接下來機(jī)智號(hào)按計(jì)劃還將進(jìn)行最多 4 次試飛。接下來其試飛難度、復(fù)雜程度也會(huì)逐步提升，比如嘗試更高的飛行高度、最終飛到別處等等，團(tuán)隊(duì)接下來幾天也將陸續(xù)公布關(guān)于首次試飛的更多數(shù)據(jù)。
不難看出，深空探測絕非易事。
可以說，機(jī)智號(hào)為行星探測直升機(jī)的研發(fā)邁出了重要的第一步，機(jī)智號(hào)項(xiàng)目經(jīng)理 Mimi Aung 表示：
這是發(fā)生在另一個(gè)星球上的“萊特兄弟時(shí)刻”。
未來，無人機(jī)與軌道飛行器直接通信或?qū)⒊蔀榭赡?，?2021 年 4 月 19 日的首飛，則是一個(gè)偉大的開端。
