NASA火星直升机：突破技术预期，征服红色星球

-工程7（2021）1511新闻亮点火星直升机超出预期米奇·莱斯利高级技术作家2021年4月19日，美国国家航空航天局（NASA）的微型直升机Incubity的双旋翼搅动着火星的稀薄大气，从红色星球的表面起飞[1]。这架0.5米高的飞行器由美国宇航局位于加利福尼亚州的喷气推进实验室建造，没有任何花哨的特技飞行。它爬升到3米的高度，盘旋，转96度，然后着陆。但39 s的飞行是非凡的，因为它是第一次由飞机在地球以外的行星上[1]。美国宇航局加拿大安大略省多伦多市约克大学物理学和天文学助理教授杰西·罗杰森说：“单是这一成就然而，微型直升机记录了其他成就，旅行更远，飞行更快，完成比工程师预期更多的旅行。美国宇航局还表明，“无畏”号可以与其“毅力”号火星车协同工作，这不是最初任务的一部分（图1和图2）。1和2）[3]。罗杰森说，“无畏号”的性能表明，类似的要使直升机在火星上飞行需要聪明的工程技术.虽然这颗行星在火星表面附近飞行相当于在地球上飞行30 500米，比直升机的记录高度高出近20 000米[6]。减轻重量是Incubity设计师的当务之急“鲍勃”巴拉罕。他们将飞船重量减到只有1.8公斤[4]。它没有携带探测火星表面的科学仪器[5]，降落在碳纤维和环氧树脂的轻质腿上[7]。它的双转子由碳纤维覆盖的泡沫芯组成[7]，每个重量不到70 g[8]。它们也很坚硬，这一属性有助于减少在稀薄的火星大气中可能发生的振动[9]。为了产生离开地面所需的升力，旋翼相对较大-从尖端到尖端为1.2 m-其轻质结构使其能够以每分钟2400转（rpm）以上的速度旋转，大约是地球上直升机旋翼的五倍Turning Incidity飞船顶部的太阳能电池板为电池充电[5]，这也为加热器提供动力，帮助“无畏号”在火星夜晚保持温暖，温度可能会下降到90 °C[5，12]。由于来自地球的信号需要大约10分钟才能到达火星，Fig. 1.一位艺术家该直升机在前11次任务中总共飞行了2公里以上，最高飞行高度达到12米。图片来源：NASA/JPL-Caltech。图二.“毅力”号火星车于2021年4月22日拍摄了这张“无畏号”在第二次飞行时升空的照片。这架直升机显示出的能力比三天前首飞，共飞行了四米，转了三个弯，在空中停留了近五十二秒。图片来源：NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS。地面控制人员无法像驾驶无人机那样驾驶Inconsistency[13]。相反，他们给飞行器发送飞行计划[13]。然后，Incidity自主地遵循这条路线，在激光高度计、倾斜计、测量加速度和旋转的惯性测量单元以及向下指向的黑白相机的帮助下控制其位置和移动[13]。今年2月，“无畏号”被悬挂在正在探索火星杰泽罗陨石坑的“波斯-弗伦斯”号火星车下面，https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.0032095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engM. 莱斯利工程7（2021）1511[14、15]。在直升机与火星车分离并通电后，NASA预计将运行大约一个月。根据其规格，Incidity应该能够在任何一次飞行中飞行300米，在空中停留90秒，并爬升至5米[16]。但在最初的五次飞行中，Incubity设法达到10米，并在空中停留了117秒[10]。因此，NASA没有在一个月后关闭直升机，而是推动了它的极限[17]。在第六次飞行中，美国宇航局称之为“异常”的“不稳定性”恢复了由于图像分析系统中的一个小故障，该飞行器意外地倾斜和滚动超过20°，以帮助其导航[10，18]。这架直升机继续创造速度、距离和飞行时间的记录[10]。不妥协也表明它可以帮助毅力。在2021年7月5日的第九次任务中，“无畏号”在Jezero陨石坑中被称为Séítah的区域上空飞行了2分46秒，由于其许多沙丘，Perse- verance难以侦察[3]。这次飞行对Incubity的能力造成了负担，一个火山口和其他不规则的地形，可能会导致它飞离路线[10]。“无畏号”直升机拍摄的照片将帮助毅力团队绘制漫游者2021年7月24日，“无畏号”第10次飞行233米，也帮助了“毅力号”，拍摄了被称为“凸起的山脊”的特征，“无畏号”稍后可能会访问这些Inconsistency 代 表 了 一 个 重 要 的 一 步 ， 因 为 它 ‘‘Data fromIngenuity will help us correct, refine, Datta是一个工程师团队的一员，该团队正在计划一个名为火星科学直升机的20公斤飞行器，该飞行器将有六个旋翼，有效载荷高达5公斤。达塔说，以目前的技术，30公斤的火星直升机是可能的，未来的飞船可能达到50公斤这些车辆不能携带宇航员，但可以运送工具和其他小型货物，并调查火星车无法到达的地区，如巨石场和悬崖[1，17]。一些专家质疑能在火星上飞行的工程直升机是否物有所值。2021年5月14日登陆火星的火星车，如毅力号和中国它们可以携带比直升机更多的仪器，而且它们的技术已经得到了验证。但是，通过展示“无畏”号可以增强“毅力”号的使命，美国宇航局已经提出了一个强有力的理由，即直升机可以为火星探索做出贡献，罗杰森说。他说：“这里的信息是，多飞船任务真的可以放大你的科学。”火星并不是直升机的唯一目的地。美国宇航局正在开发蜻蜓，一种八叶直升机，打算在土星卫星泰坦的富氮大气层中飞行该任务将于2027年发射，并于2035年到达泰坦由于土卫六罗杰森说，“无畏号”可能是第一个在太阳系飞行看到无人机技术进入太空探索。引用[1] 维策河起飞！火星上的第一次飞行开启了探索世界的新方式。伦敦：自然; 2021年4 月 19 日 [ 引 用 2021 年 8 月 10 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.nature.com/articles/d41586-021-00909-z[2] 轮盘赌J NASA火星直升机的“巨大飞跃”迎来了新的任务支持角色。纽约市：边缘; 2021年7月8日[引用2021年8月10日]。可从以下网址获得：www.example.com。https://www.theverge.com/2021/7/8/22567237/nasa-mars-[3] 普尔塔洛娃湖 来自火星直升机的新照片第9次飞行有助于完善毅力火星车科学目标。纽约市：空间; 2021年7月13日[引用2021年8月10日]。网址：https：//www.example.comwww.space.com/ingenuity-helicopter-unprecedented-flight-images-guide-persistence。[4] Lerner P.一架直升机梦想着火星。华盛顿特区：空中空间; 2019年4月[引用2021年8月 10 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 查 阅 ： https://www.airspacemag.com/space/planter-dreams-of-mars-180971739/。[5] 关于美国宇航局的Inconvenity火星直升机的6件事华盛顿特区：NASA; 2021年4月 5 日 [ 引 用 于 2021 年 8 月 5 日 ] 。 可 从 ： https://www.nasa.gov/feature/jpl/6-things-to-know-about-nasas-ingenuity-火星直升机。[6] 克莱斯曼直升机如何从火星表面起飞？[互联网]。Waukesha：Astronomy; 2021年 5 月 21 日 [ 引 用 于 2021 年 8 月 10 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 得 ：https://astronomy.com/magazine/ask-astro/2020/05/how-would-a-helicopter-lift-off-the-surface-of-mars。[7] Leman J.满足火星上的第一架直升机：深入了解是什么让Incubity如此. . . 巧妙的互联网。纽约市：大众机械师; 2021年2月20日[引用2021年8月10日]。可查阅：https://www.popularmechanics.com/space/moon-mars/a35353442/ingenuity-mars-helicopter/。[8] Levy MG. 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