2020年，火星上將出現一架來自美國的垂直起降無人機

人類對火星的探測，此前一直是繞火星運行的衛星+火星表面探測器+漫遊車的模式。5月中旬，美國宇航局宣布：在2020年飛往火星的探測器上，將攜帶一架能夠在火星上垂直起降的無人直升機，以便更好地執行火星勘探和科學研究任務。這將是人類第一款能夠在火星飛行的直升機。

人類為什麼要研製火星直升機？這款火星直升機——火星偵察兵長什麼樣？在火星大氣層內飛行的航空器與在地球大氣層內飛行的航空器在設計上有哪些不同？本文為讀者解答這些問題。

根據公開的畫面，美國宇航局最新提出的火星偵察兵飛行器方案是一種基於共軸雙旋翼技術的無人直升機。不過，整架直升機總重在地球上只有1.8千克。另外，考慮到火星的特殊環境，火星直升機的設計也和地球上的直升機有所不同。

首先，火星的質量相當於地球的十分之一，火星表面的重力加速度只有地球上的38%。也就是說，在地球上重50千克的物體，在火星上只有19千克。所以，質量為1.8千克的火星直升機在火星表面僅重0.68千克。如此輕的身段，是不是更容易起飛呢？

其實不然。

對於航空飛行器來說，是否容易起飛，不僅要考慮起飛重量，還得考慮升阻特性。而這與飛行器所處環境有直接關係。火星上的大氣成分與地球上的大氣成分迥異，大氣密度只有地球的百分之一，而空氣的稀薄程度直接影響到直升機旋翼系統的性能。即空氣密度降低，會導致直升機旋翼系統的效能下降。這也是為什麼直升機要進行高原測試的原因之一。

另外，海拔越高，空氣中的氧氣濃度也越低，會對直升機上的發電系統產生影響，導致發電量不足。而這些情景，在火星上都以近乎極端的狀況呈現。僅僅從旋翼效率上來說，研製火星直升機的這個想法，也是足夠瘋狂的。

這樣說吧，火星偵察兵哪怕是停在火星表面，其空氣動力學環境已經相當於地球高空3.0375萬米的情況了！而人類工程師之前能夠做到的旋翼系統的有效工作上限是1.2萬米。那麼，在火星上，如何解決旋翼效率的棘手問題？

工程師們的想法是：盡量提高旋翼的旋轉速度同時減輕飛行器的重量。火星偵察兵的旋翼轉速達到了3000轉/分鐘，相當於地球上普通直升機的10倍。

未來在火星上，火星偵察兵將會試著先去連續執行5次試驗任務。第一次試驗任務是垂直上升到3米的高度，然後以火星車為中心，盤旋飛行26秒到35秒。隨後的4次試驗任務，火星偵察兵的持續飛行時間會逐漸延長，然後改盤旋飛行為航跡飛行。爭取能夠實現連續90秒的飛行時間、500米以上的飛行距離。

火星偵察兵能夠實現比火星偵察衛星高出1個量級的超高解析度的拍攝，同時，其一張照片所涉及的範圍，是傳統火星漫遊車要花1個月的時間才能游遍的。而且不用擔心被石頭絆住或者陷入流沙了。

美國宇航局的2019財年預算提案裡面，有關火星探測的專項經費為6.015億美元。其中，火星2020項目的經費為3.48億美元。在今年5月中旬的最新決定中，火星偵察兵無人直升機拿到了2230萬美元的支持，看來，這個被很多人稱作瘋狂計劃的方案，美國宇航局是準備認真做下去了。

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總 策 劃：顏 軍

責任編輯：孫晨姌

視覺設計：扈 碩

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