科学探索|那些将在外星世界中“一展身手”的有趣飞行器那些将在外星世界中“一展身

北京时间3月7日消息，据国外媒体报道，如果用无人机开展火星探索，探索范围和速度都将远远胜过火星车，但设计一台这样的无人机却是一项艰巨的挑战。
【科学探索|那些将在外星世界中“一展身手”的有趣飞行器】

文章图片

2021年4月19日，一架名为“机智号”（Ingenuity）的微型直升机从火星表面腾空而起，完成了一项足以载入史册的壮举。为了提供足够的升力，这架无人驾驶直升机的马达在稀薄的空气中疯狂地转动，将直升机提升到了一层楼的高度。“机智号”在空中悬停了一会儿，随后安全着陆，完成了人类在另一颗行星上的首次受控飞行。它降落的区域名叫“莱特兄弟场”（Wright Brothers Field），以航空业先驱莱特兄弟命名。
等到2035年左右，一架体积与小轿车相当的旋翼飞机“蜻蜓号”将接过接力棒，在土星最大的卫星土卫六上着陆，开展人类在这颗星球上的首次探索任务。在短短一小时内，“蜻蜓号”飞行的距离将超过此前在其它行星上的任何一台地面漫游车。这架多旋翼无人机将从土卫六表面飞过，然后在表面停留一个土卫六日（相当于16个地球日），期间开展各种实验，然后再飞往下一个目的地，它将成为第一台携带全部科学仪器飞来飞去的航天器。
但对地外飞行而言，最大的挑战（也可能是最大的机遇）莫过于地狱般炽热的金星，因为金星大气集齐了极端高温、高压和酸性几大特征。迄今为止，还没有一台着陆器能在金星表面坚持127小时以上。
科学家计划向金星送去两台飞行器。其中一台为太阳能飞行器，将从金星较为温和无害的上层大气中穿过；另一台则采用了飞翼设计，将从接近表面的严酷环境中飞过。在金星上降落的技术研发起来十分困难。从大气中飞过可能是唯一的替代方案。
NASA空中移动小组机器人技术专家、“机智号”团队带头人泰迪·萨内托斯已经在着手设计下一代火星直升机了。“我们都知道莱特兄弟是如何实现人类在地球上的第一次飞行的，如今，我们在其它行星上也会遵守相同的模式。”
就像此前的极地航空探测一样，工程师们意识到，飞行器将给我们对外星球的探索带来革命性的变化。如果大气条件合适，“维京号”、“好奇号”等火星着陆器、以及“卡西尼号”等轨道飞行器将继续在外星探索中发挥关键作用，但除此之外，如今我们有了更多选择。例如可操控的机器飞艇、直升机、无人机、甚至还有充气式螺旋桨飞机（均由NASA科学家提出），这些都可以在短时间内收集到行星表面大范围内的高质量数据，同时还能避开各种危险地形。它们可以拍摄到漫游车或轨道器无法拍摄的近距离照片，还可以从不同角度观察任务目标。这些飞行器可以到达漫游车无法抵达之处，比如高山、峰顶、甚至还有金星表面那样极不宜居的环境。

文章图片

“蜻蜓号”可以由小型反应堆提供能量。

对工程师来说，问题在于每颗行星的环境各有千秋，对适用的飞行器类型、载荷和功能造成了不同的限制，工程师还面临着各种各样的技术局限。
据土星5号火箭设计师韦恩赫尔·冯·布劳恩设想，在火星上降落可以以超音速滑翔机的形式实现。科幻小说作家菲利普·迪克猜想，人类可以借助直升机实现火星殖民。工程师们则从上世纪70年代“维京号”登陆火星后就展开了火星飞行器的概念设计，其中有些功能用在了如今美国军方的“捕食者号”无人机上。