NASA独创的火星直升机-配以莱特兄弟的一架飞机-为在另一个星球上的首次飞行做准备

时间：2022-05-18 19:58:07来源：

直升机现在没有保护性的碳纤维防护罩，现在正为下一步的战斗做好准备。

美国宇航局的目标是在4月8日之前将Ingenuity Mars Helicopter首次尝试在另一行星上进行动力控制飞行。然而，旋翼飞行器在重达4磅（1.8千克）之前，首次尝试飞行之前，其及其团队都必须达到一系列艰巨的里程碑。

2月18日降落在火星上的NASA恒心漫游者的肚子依旧独具匠心。3月21日，流动站部署了吉他盒形的石墨复合材料碎片防护罩，以保护着陆过程中的独创性。流动站目前正在运送到“机智”将尝试飞行的“机场”。部署完成后，Ingenuity将有30个火星日（或溶胶）（31个地球日）来进行其试飞活动。

这张图片是NASA的独创直升机在火星上飞行的插图。

“当NASA的Sojourner漫游车于1997年降落在火星上时，就证明了巡游红色星球是可能的，并彻底重新定义了我们探索火星的方式。同样，我们想了解独创性对科学研究的潜在潜力。” NASA总部行星科学部主任Lori Glaze说。“ Ingenuity得名，是一项技术演示，旨在成为另一个世界上的首个动力飞行，如果成功，它将进一步扩大我们的视野，并扩大火星探测的可能性范围。”

在火星上以受控方式飞行比在地球上飞行困难得多。红色星球具有巨大的引力（大约是地球重力的三分之一），但其大气层的密度仅为地球表面的密度的1％。在火星白天，行星表面仅吸收白天到达地球的太阳能总量的一半，而夜间温度则可降低至负华氏130度（摄氏90度），这会冻结和破裂不受保护的电气组件。

碎片防护罩是NASA恒心漫游者底部的保护层，已于2021年3月21日发布。碎片防护罩可在着陆时保护该机构的Ingenuity直升机。

为了适应恒心漫游者提供的可用住宿，Ingenuity直升机必须很小。要在火星环境中飞行，必须轻巧。为了在寒冷的火星夜晚中度过难关，它必须有足够的能量为内部加热器供电。该系统-从其转子在稀有空气中的性能到其太阳能电池板，电加热器和其他组件-已经在南加州NASA喷气推进实验室的真空室和测试实验室中进行了测试和重新测试。

JPL的火星直升机首席工程师鲍勃·巴拉兰姆说：“自从六年前开始这一旅程以来，我们采取的每一步都是飞机历史上未知的领域。”“在部署到地面上将是一个巨大的挑战，如果没有火星车保护它并保持其动力，仅在火星上生存的第一天晚上将是一个更大的挑战。”

部署直升机

在Ingenuity首次在火星上飞行之前，它必须正好位于飞机场的中间-33乘33英尺（10乘10米）的火星地产斑块，原因是其平坦性好且没有障碍物。一旦直升飞机和漫游者团队确认毅力正好位于他们希望将其放置在飞机场内的确切位置，便开始了将直升飞机部署到火星表面的复杂过程。

“与直升机的所有装备一样，这种部署从未有过，”恒心漫游者火星直升机整合负责人法拉·阿里贝（Farah Alibay）说。“一旦我们开始部署，就不会退缩。所有活动都是紧密协调，不可逆转且相互依赖的。如果甚至有迹象表明事情没有按预期进行，我们可能会决定暂缓求助，直到我们对发生的事情有一个更好的了解。”

该图片从NASA的“火星2020”恒心漫游车的角度显示了NASA的Ingenuity直升机飞行区。飞行区是直升机将在其中飞行的区域。

直升机的部署过程大约需要六次溶胶（六天，在地球上需要四个小时）。在第一个sol上，地球上的团队将激活一个螺栓破坏装置，释放一个锁定机制，该锁定机制有助于在发射和火星着陆期间将直升机牢牢地固定在流动站的腹部。在接下来的溶胶中，他们将发射一束切断烟火的装置，使握住Ingenuity的机械臂开始将直升机旋转出其水平位置。这也是旋翼飞机将其四个着陆腿中的两个伸出的时候。

在部署序列的第三个溶胶期间，一台小型电动机将完成Ingenuity旋转，直到其锁定，使直升机完全垂直。在第四次Sol中，最后两个着陆脚将卡入到位。在这四种溶胶中的每一种上，用于操作和电子工程学的广角地形传感器（WATSON）成像器都将随着其逐渐展开进入其飞行状态而拍摄出独创性的确认照片。在其最终位置，直升机将悬吊在火星表面上方约5英寸（13厘米）的位置。到那时，只有一个螺栓和几十个微小的电气触点就能将直升机连接到恒心上。在部署的第五个解决方案上，团队将利用最后的机会利用恒心作为电源并为Ingenuity的六个电池单元充电。

“一旦我们以坚韧不拔的态度将电源线切断，并将最后5英寸掉到表面上，我们希望让我们的大朋友尽快驶离，以便将太阳光线照射到太阳能电池板上，并开始为电池充电”，巴拉兰

美国国家航空航天局（NASA）的火星直升机（Ingenuity）于2021年2月18日抵达火星。它的任务是：演示在另一个星球上的首次动力飞行。于2021年春季前往火星上空。

在此部署阶段的第六个也是最后一个预定的解决方案中，团队将需要确认三件事：Ingenuity的四条腿牢牢固定在Jezero Crater的表面上，流动站确实行驶了约16英尺（约5米）直升机和流动站都通过车载无线电进行通讯。此里程碑还将启动30溶胶时钟，在此期间必须进行所有飞行前检查和飞行测试。

JPL的Ingenuity Mars Helicopter项目经理MiMi Aung说：“ Ingenuity是一项实验性的工程飞行测试，我们想看看我们是否可以在火星上飞行。”“船上没有科学仪器，也没有获取科学信息的目标。我们有信心，我们想要在火星表面和高空获得的所有工程数据都可以在30溶胶窗口内完成。”

与部署一样，直升机和漫游车团队将有条不紊地进行即将进行的飞行测试。如果团队错过或对重要的飞行前里程碑有疑问，则他们可能需要一个或多个解决方案来更好地理解问题。但是，如果直升飞机在火星表面的序列周期的第一夜中幸存下来，那么该团队将花费接下来的几种溶胶来尽一切可能确保飞行成功，包括扭动旋翼桨叶并验证惯性测量单元的性能。，并在加速至2,537 rpm的过程中测试整个转子系统（而Ingenuity的起落架牢固地保持在表面上）。

火星上的首次飞行测试

一旦团队准备好尝试首次飞行，毅力将接收来自JPL任务负责人的最终飞行指令并将其转发给Ingenuity。几个因素将决定飞行的准确时间，包括对本地风型的建模以及由恒心号上的火星环境动力学分析仪（MEDA）进行的测量。独具匠心的转子将以2,537 rpm的速度运转，如果所有最终的自检效果都不错，请升空。以每秒约3英尺（每秒1米）的速度爬升后，直升机将悬停在地面上方10英尺（3米）处长达30秒。然后，火星直升机将下降并在火星表面降落。

首次飞行发生几小时后，恒心将下行Ingenuity的第一组工程数据，并可能会从流动站的Navigation Cameras和Mastcam-Z中获得图像和视频。根据飞行后第一天晚上下行的数据，火星直升机团队希望能够确定他们首次尝试在火星上飞行是否成功。

此图显示了NASA的Insinuity Mars直升机将在何处进行测试飞行。直升机工程师在美国国家航空航天局（NASA）的“火星侦察轨道”上的高分辨率影像实验（HiRISE）相机拍摄的图像中，添加了流动站着陆点，飞机场和飞行区的位置。

在随后的sol上，可以将飞行过程中收集的所有剩余工程数据以及从直升机自己的Navigation Camera获得的一些低分辨率黑白图像传输到JPL。此阶段的第三个镜头，应该是直升机的高分辨率彩色相机拍摄的两个图像。火星直升机团队将使用所有可用信息来确定何时以及如何进行下一次测试。

“火星很难，”昂恩说。“我们的计划是，无论红色星球给我们带来什么样的影响，我们都将以我们过去六年来所面对的每一个挑战的方式，以及坚韧，艰苦的工作和一点独创性来处理。”

一段历史

尽管Ingenuity会尝试在另一个星球上进行首次动力控制飞行，但地球上的第一次动力控制飞行发生在1903年12月17日，在北卡罗来纳州基蒂霍克附近的风吹拂的沙丘上。在第一次飞行中，奥维尔和赖特在12秒内覆盖了120英尺。怀特兄弟当天进行了四次飞行，每次飞行都比前一次更长。

奥维尔·赖特（Orville Wright）于1903年12月17日在北卡罗来纳州的小鹰号进行了首次动力控制飞行。覆盖飞机机翼的材料，传单1，是由美国宇航局（NASA）的Ingenuity Mars Helicopter飞行至火星的，该直升机将尝试在另一个星球上进行首次动力控制飞行。

现在，机巧的飞机上有少量材料覆盖了莱特兄弟飞机的一个机翼，称为“传单”。绝缘胶带被用来将小块布样包裹在直升机太阳能面板下方的电缆上。莱特人使用相同类型的材料-一种未漂白的平纹细布，称为“西方骄傲”-覆盖了自1901年开始的滑翔机和飞机机翼。在1969年7月的标志性任务中，阿波罗11号机组人员将另一块材料以及一小片碎木屑从莱特传单上飞到月球上，然后又飞回了月球。