NASA的「火星直升機」如何到達火星表面？
拍攝於2019年4月，一名工程師正在丹佛洛克希德·馬丁航天公司對火星直升機運送系統進行測試。
美國國家航空航天局（NASA）的毅力號火星車將於7月30號發射，一台名為「獨創號」（Ingenuity）的無人機也將隨毅力號前往火星。這是一架「火星直升機」，將證明在另一個星球上進行動力控制飛行是可能的。不過，僅僅將它帶到火星表面就需要克服很大的挑戰。
「獨創號」火星直升機將與「毅力號」火星車一起穿越5.05億公里的行星際空間，抵達火星。對於在地球上進行第一次實驗性飛行測試的團隊來說，最具挑戰性的是設計最後一段13厘米的旅程。這短短的距離，就是獨創號從毅力號內部存放位置到火星表面的距離。於是，他們發明了「火星直升機運送系統」（Mars Helicopter Delivery System）。
「獨創號不同於以往任何一種直升機，因為在火星上進行動力控制飛行不同於以往任何嘗試，」NASA噴氣動力實驗室的火星直升機項目主管密密昂說，「然後，我們必須弄清楚如何搭上『順風車』，並從毅力號火星車安全部署到火星表面。」
美國國家航空航天局的獨創號火星直升機飛行模型
獨創號具有方形的機身，內部裝有電腦、相機、電池等，其大小與壘球相當（20×16×14厘米）。在機身的外部，你會發現其他許多重要的部件，包括天線、太陽能電池板、著陸支架和兩個1.2米長的旋翼。這些部件使得裝載和部署直升機成為不小的挑戰。整個機器包裝起來的重量約為2千克。
「在火星車任務中，即使是增加一個新的墊片，通常也要討論一番，」噴氣動力實驗室「火星2020」任務的直升機介面負責人克里斯·薩爾沃說，「獨創號火星直升機是一個龐大、脆弱且獨特的硬體組合，與NASA以往在行星任務中搭載的任何設備都不一樣。」
為了加裝這一非同尋常的設備，任務工程師們考慮了火星車底盤上每一個可用的位置，包括機械臂。最終，他們選擇了毅力號的「腹部」。當毅力號降落在相對平坦的火星表面上，其腹面應該有67厘米的離地距離。這看起來似乎是很大的空間（一輛普通的SUV能提供的空間大約只有該距離的三分之一），但運送系統可以將距離縮短約6厘米。獨創號的高度大約為49厘米，因此直升機團隊要考慮的就是剩下的13厘米。
「這並沒有太多的空間，」薩爾沃說，「但我們發現，如果水平安裝直升機，就足夠完成任務了。」
部署工作如何完成？
毅力號將在2021年2月18日登陸火星，約兩個月後，獨創號才會部署到火星表面。在火星表面探索的初期，火星車和直升機團隊將尋找潛在的機場，即一塊10米見方、相對平坦的區域。該區域內不能有障礙物，而且當毅力號停在一塊足球場的距離以外時，可以看到直升機的飛行。
在執行任務的第60天左右，毅力號將卸下火星直升機運送系統的石墨複合碎屑保護罩，保護直升機在著陸時的安全。然後，毅力號將駛入預定的機場中心。大約6天後，當直升機和火星車團隊對一切都滿意後，他們將命令火星直升機運送系統開始工作。
部署過程從釋放一個鎖緊裝置開始，這將保持直升機固定在適當位置。然後，一個切斷電纜的煙火裝置點火，使一支裝有彈簧的機械臂旋轉著將直升機推出水平位置。在這個過程中，一個小型電動機會拉住機械臂，直到它固定住，從而使直升機的兩根彈簧支撐的著陸支架完全垂直於機身。另一個煙火裝置點燃，放出另外兩根支架。
2020年4月6日，在肯尼迪航天中心，火星直升機被固定在毅力號火星車的腹部。在毅力號著陸大約兩個半月後，這架直升機將被部署到火星表面。
「一直以來，部署系統都要維護火星車和直升機之間的電力和數據線連接，直到它準備好降落，」建造該系統的洛克希德·馬丁航天公司的部署系統經理大衛·比徹說，「雖然我一直致力於天基部署系統的研發，但這次是在另一個層面上。」
如果一切順利，任務控制人員將指揮運送系統放開獨創號，由後者完成最後13厘米。一旦直升機成功落到地面，毅力號就將被命令離開，這樣直升機就可以開始用太陽能電池板給電池充電了。此時，獨創號的30太陽日飛行測試程序開始。
獨創號火星直升機是對新技術的一次實驗性飛行測試。未來的火星任務可能會使用第二代直升機，為進一步探索增加空中維度。它們可以充當宇航員的偵察員，攜帶少量有效載荷，或者探索懸崖、洞穴、深坑和其他無人造訪或難以到達的目的地。但在這一切發生之前，測試實驗必須證明其可行性。
當然，在測試飛行器能夠做到這些之前，它必須在火星表面安全著陸。「獨創號需要毅力號，」 密密昂說，「火星直升機運送系統是一個獨創性的小發明，而且只是『火星2020』任務如何達到更高要求以適應測試項目的例子之一。對於火星車和直升機，他們必須將專門用於操作直升機的電子基站和天線完全整合到火星車中。我們的團隊必須緊密合作，使這個複雜的系統工作。當獨創號飛起來的時候，將是一項我們共享的成就。」
「火星2020」任務
噴氣動力實驗室位於加州帕薩迪納市，屬於加州理工學院，該實驗室為NASA建造並管理了獨創號直升機。洛克希德·馬丁太空公司提供了火星直升機運送系統。NASA的發射服務項目則設在肯尼迪航天中心，負責發射管理。
毅力號是一台承擔著重要科學任務的火星車，重量約為1025千克。它的天體生物學任務將是尋找火星歷史上微生物生命的跡象。它還將描繪火星的氣候和地質特徵，採集未來將被帶回地球的樣品，並為人類探索這顆紅色星球鋪平道路。在7月30日，毅力號將發射升空，並將於2021年2月18日降落在火星的傑澤羅隕石坑。
「火星2020」毅力號火星車任務是一項更大計劃的一部分，該計劃還包括為人類探索火星做準備的探月任務。NASA正在進行一項名為「阿爾忒彌斯計劃」（Artemis program）的太空探索計劃，希望在2024年讓宇航員重返月球，並在2028年之前在月球表面和月球周圍建立持久的人類存在。（任天）
