在 NASA 眼中,此次火星試飛的意義不亞于當(dāng)年萊特兄弟于地球上的首次試飛。
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」(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)智號上的導(dǎo)航相機(jī)拍到的在火星表面的影子:
這是毅力號探測器拍到的在火星起飛的機(jī)智號:
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?。?/p>
1、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 號發(fā)射場,搭載著毅力號火星車(Perseverance Rover)的宇宙神 5 號火箭發(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)智號了。
附著在毅力號探測器下方的機(jī)智號,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。
【毅力號底部的防護(hù)罩和機(jī)智號】
實(shí)際上,拋棄防護(hù)罩僅僅是機(jī)智號正式啟動(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,兩只著陸腳展開;
通過馬達(dá)旋轉(zhuǎn),機(jī)智號進(jìn)入垂直鎖定狀態(tài),另外兩只著陸腳展開;
機(jī)智號保持被懸掛在毅力號下方的狀態(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。
2、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」。
此次工程團(tuán)隊(duì)也對「飛行者一號」做了致敬——機(jī)智號攜帶了一塊郵票大小的來自「飛行者一號」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”。
雷鋒網(wǎng)此前曾報(bào)道,機(jī)智號重 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蔀榭赡埽?2021 年 4 月 19 日的首飛,則是一個(gè)偉大的開端。
引用來源:
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-ingenuity-mars-helicopter-prepares-for-first-flight
https://mp.weixin.qq.com/s/sqjrIbhXnAwagxFibDsA4w
直播鏈接:
https://www.youtube.com/watch?v=p1KolyCqICI