科学探索|未来风格的地外飞行器:核动力蜻蜓旋翼机和蒸汽朋克型漫游车( 二 )


像这样的飞行器也可以对探测车无法抵达的区域进行勘测,例如:山脉、山峰,甚至是生命无法存活的金星表面 。
美国宇航局工程师面临的问题是,每颗星球的环境对飞机的类型、载荷和飞行能力都具有不同程度的制约,此外,工程师能使用的技术也存在类似的限制 。
“火星大气厚度不及地球大气1%,这使得飞机很难在火星表面产生升力 。”
土星5号火箭设计者沃纳·冯·布劳恩(Wernher von Braun)设想利用超音速滑翔机登陆火星,科幻小说作家菲利普·K·迪克(Philip K。Dick)曾想象人类殖民者乘坐直升机登上火星 。上世纪70年代“海盗号”探测器登陆火星之后,美国宇航局工程师开始研究火星飞行器概念,现今美国军方使用的“捕食者”无人机也具有火星无人机的飞行能力 。
火星大气密度不及地球大气密度1%,这使得飞行器很难在火星表面产生升力,意味着火星直升机必须非常轻,才能保持升空飞行,但它仍需要具备飞行器的相关功能,例如:锂离子电池、传感器和摄像机,以及加热和绝缘材料,从而保证它能在火星寒冷的夜晚正常运行 。扎内托斯说:“如果你想解决所有这些挑战,且建造重量少于1.8公斤的飞机,那么你就拥有了自己的‘机智号’ 。”
他说:“我们的首席工程师和研究团队成员在20世纪90年代就开始研究火星直升机概念,但当时的技术还不成熟,直到十年前,关于火星直升机的技术演示初见雏形 。”
同时,该研究小组还研究了固定机翼飞行器,但在火星使用旋翼机更有意义,因为火星表面没有机场 。美国宇航局拥有9个不同的技术准备等级(TRL),从“已被观察和报告的基本原理”的TRL1,到“通过任务操作的飞行验证”的TRL9 。
上世纪90年代,为“机智号”火星直升机提供动力的电池才刚研发出来,很少有人意识到碳纤维等新型材料的应用潜力,同时,该飞行器实现飞行的传感器、轻量级飞行器的计算能力和相应算法并不成熟,人类建造该飞行器的技术和技能也不完善 。
特迪·扎内托斯说:“我们的主要目标是证实飞行器能在火星上飞行,火星直升机现已完成19次火星飞行!”
20多年过去了,现今的技术已日臻完善,现今地球上无人机可以运送包裹和疫苗,并用于观察农作物生长和考古遗址探索,这确实是所有先进技术在正确的时间汇集在一起,使“机智号”火星直升机设计成为可能 。
目前“机智号”火星直升机已通过了测试飞行,并实现了火星表面飞行,扎内托斯说:“我们的主要目标是证明我们可以在火星上飞行,现已完成19次飞行,我们能对未来太空探索产生最大的影响就是继续放飞‘机智号’!”
我们每一次成功完成飞行任务都能获得宝贵的工程数据,这对于我们的后代进入深入太空探索具有重要意义 。
火星恶劣的环境意味着像“蜻蜓号”旋翼飞机需要携带美国宇航局强大的核动力电池,这是该任务科学目标所需要的,同时也需要实验条件、计算功能硬件和坚硬的着陆滑雪板来应对火星的粗糙表面 。
“蜻蜓号”任务副首席研究员梅丽莎·G·特雷纳(Melissa G Trainer)称,现有火星地图并不详细,但旋翼飞机将飞过一个潜在着陆点,如果测试分析该着陆点无法安全着陆,就会继续飞行,当蜻蜓号飞行时,会自动绘制土卫六地图,这种跨越方式是风险最小的选择 。
然而,火星在一个方面比土卫六具有更大的优势,特特尔说:“在火星周围的一些轨道飞行器已持续工作数十年时间,可以为‘机智号’进行勘测探索,并起到中继器的作用,‘蜻蜓号’必须与地球进行直接通信,并自行侦察当地情况 。”