火星探測直升機——飛比跑容易？

美國宇航局的噴氣推進實驗室正在研發一直新型無人機，用於未來火星探測器的路線引導。研發這種機器導航員的原因是因為在火星上行駛實在是太艱難了。

在地球上，用於探索火山或者協助救援的機器人能夠實現遠程遙控。這是因為無線電信號幾乎能瞬間從控制中心傳遞給機器人。在月球上遠程操控並不困難，以光速傳播的無線電信號只需要大約2.5秒就能夠實現地球與月球間的往返。這種延遲並不足以對遠程遙控產生嚴重的干擾。在20世紀70年代，蘇聯就以這種方式操控無人駕駛月球車，並且成功探索了40公里的月球地域。

但是在火星上操控卻困難得多，因為它距離我們太遙遠了。根據火星與地球間的相對位置不同，信號需要8到42分鐘才能實現往返。預編程程序必須被發送到探測車上，然後探測車自動執行程序。探測車能夠通過編程簡單執行地球上發送的一系列運行指令，或者能夠藉助車載計算機處理導航攝像機拍攝的圖像，並自主測定速度、判斷障礙物和危險。它甚至能夠繪製前往特定目標的安全路線。

根據地球發送的指令行動是最迅速的。勇氣號和機遇號火星探測車以這種方式能夠在一小時內行駛124米。但是這種模式也是最不安全的。若探測車主動以攝像機圖像引導自己，行動會更加安全，但卻更緩慢，因為所有的圖像都需要處理。這種運行模式下一小時只能行駛10米，當探測車的前方路線因地勢不清晰時，它就不得不使用這種模式。

好奇號單日行駛了144米，機遇號的單日行駛最長距離為224米。如果地面指揮者能夠提前獲得一個更好的路線，他們就能夠編輯指令讓未來的火星探測車獲得更大的單日行動力。因此科學家們提出了無人直升機的想法。這種無人機能夠每天在探測車前飛行。空中圖像的優勢能夠讓地面指揮者計劃行駛路線前往科學目標。

在火星上飛行面臨著特殊的考驗。一方面火星引力只有地球的38%，因此直升機不需要產生與地球上相同的懸浮力。而且直升機的螺旋槳葉片通過向下推動空氣產生浮力，這在火星上更加難以操控，因為火星大氣比地球稀薄數百倍。因此螺旋槳葉片只能選擇更加快速的旋轉或者設計的非常巨大。

無人機必須能夠藉助提前設定的指令自己起飛，並且沿著一條指定的路線穩定飛行。它也必須反覆的在火星崎嶇的表面起飛和降落。它必須能夠在火星艱苦的條件下存活，那裡的夜間溫度能夠直線下降到100華氏度甚至更低。

噴氣推進實驗室的工程師們設計了一架質量為1公斤的無人直升機，它的大小隻相當於一個紙巾盒。螺旋槳長度達到了1.1米，每分鐘轉速為3400轉。這架無人機是太陽能動力的，因此它的電池每天必須獲得足夠的電能用於支撐每天2到3分鐘的飛行，以及夜晚的加熱。它每次行動半徑約有半公里，它所獲得的圖像會傳遞給地面控制中心。工程師們預計無人機的提前探測對於設定探測車路線是非常有價值的。

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