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火星探測主力為何是漫遊車,而非直升機?直升機升空有多難?

人類對火星情有獨鍾,文學家們喜愛火星,一直以來就流傳著各種各樣關於火星的傳說,科學家們也喜歡火星,多年來他們研究火星,使得火星成為了地球以外,人類最為了解的星球,了解程度甚至超過了月球,更有人把火星比喻為太陽系中的第二個地球。

說火星是太陽系中的第二個地球,實在是有些言過其實了,人類之所以研究火星、探索火星,並不是因為火星與地球多麼的相像,而是實在沒有什麼別的辦法。目前人類的航天水平還十分有限,能夠勉為其難進行深度探索的星球也就只有眼前的這三個:月球、金星和火星。早在1969年,人類便登上了月球,雖然人類已經踏足這顆星球,但這顆星球對於人類的價值實在有限,它太小了,又沒有大氣,晝夜溫差大得驚人,想要住到月球上去,幾乎是沒有什麼可能。

轉過頭來看看金星,這是一顆看起來與地球最為相似的行星,它大小與地球相仿,又是地球的鄰居,雖然比月球遠得多,但努努力,還是去得了。

不過當人類第一次近距離了解了金星的狀況後,一切幻想便都打消了,這是一顆環境極其惡劣的星球,基本上可以稱得上是一顆「火之煉獄」,溫室效應使得這顆星球的表面溫度達到了464攝氏度。既然月球和金星都沒有什麼改造的價值,人類就只好瞄準火星了。這裡雖然同樣也不宜居,但還是可以看到一些曙光,畢竟這裡有稀薄的大氣,兩極還有冰蓋,改造一下,未來沒準還真有希望成為人類的旅居地。正是因為如此,人類才對火星擁有如此濃厚的興趣,探索和研究火星成為了很多國家航天計劃的重要組成部分。

那麼探索火星依靠的是什麼呢?是漫遊車,而且在未來很長一段時間裡,漫遊車可能都是火星探索的主力軍。

火星漫遊車的確是挺炫酷的,不過說到底,它畢竟也就是台車,得依靠軲轆向前跑,無論是速度還是視野,都不是很優秀,那麼為什麼不使用直升機呢?其實使用直升機來進行火星探索也是科學家們一直以來的夢想,畢竟直升機肯定擁有比漫遊車更好的視野,能夠從更有利的角度來觀察火星的情況,所以在2021年2月,機智號火星直升機就搭載毅力號火星車降落在了火星的表面。

作為人類航天史上第一架在為星球起飛的無人機,機智號並沒有肩負什麼了不起的使命,它的主要任務只有一個,就是「正常起飛」,在主要任務能夠達成的前提下,在順便用它的兩個攝像頭拍攝一些照片,回傳地球。

人類歷史上第一架在外星球起飛的無人機的主要任務為什麼僅僅是「正常起飛」呢?在火星起飛很難嗎?的確很難。

我們先來看看直升機為什麼能夠升空。讓直升機起飛的升力來自於它的螺旋槳,那麼螺旋槳是如何通過轉動產生升力的呢?當直升機起飛時,它的旋翼便開始旋轉,隨著槳葉轉動的加快,在槳葉的上方空氣流動的速度逐漸加快,而在槳葉的下方,空氣流動的速度則會減慢。

在這裡,我們要提出一個原理,就是伯努利原理,這一原理簡單來講就是在氣流或水流之中,流速小,壓力就大;流速大,壓力就小。平時我們站在站台邊緣等地鐵的時候,當列車呼嘯而來,有時我們會感覺有一股力量將我們向前推,就是因為高速而來的地鐵使得我們面前的空氣流動速度加快了,所以前方的壓力變小了,而後方的空氣流動速度相對較慢,所以壓力較大,後面壓力大,前面壓力小,所以我們就會感覺有股力量把我們向前推,所以等地鐵時,不要站的太靠前。

直升機的升力就是利用了伯努利原理,由於轉動的槳葉上方的空氣流動速度快,所以壓力小,而下方的空氣流動速度慢,所以壓力大,於是旋翼的上下就出現了壓力差,於是就產生了一個向上的升力。

在地球之上,要獲得升力,相對較為簡單,但在火星之上就有所不同了。火星的大氣壓只有地球的0.6%,可謂是非常稀薄,所以為了能夠讓無人機飛起來,機智號盡量減輕了負重,只攜帶了兩個攝像頭和一個無線傳輸模塊,總重只有1.8kg,且為了能夠獲得更大的升力,它的螺旋槳轉速達到了每分鐘2400轉,即便如此,理論上它也只能維持最長30秒的跳躍式飛行。由此可見,在未來很長一段時間內,火星探測的主力軍仍然還是漫遊車。

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