如果無人機(jī)起飛困難,那么在火星上釋放氫氣球,能飛起來嗎?

美國的毅力號火星巡視器最大的創(chuàng)新,就是攜帶了一架準(zhǔn)備在火星表面飛行的無人機(jī)探測器。攜帶無人機(jī)的好處顯而易見,因?yàn)樵诘厍蛏蠠o人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜角度和萬米以下的幾乎任意高度的拍攝。視角往往是地面的巡視車一類的巡視器完全無法比擬的。NASA認(rèn)為如果這次毅力號攜帶的無人機(jī)證明可以在火星表面穩(wěn)定飛行并且拍攝影像,那么一次性拍攝15分鐘的收獲,基本要超過火星地面巡視車活動(dòng)一個(gè)月才能探測的區(qū)域。而且有些地形復(fù)雜的地方,火星車根本不敢開進(jìn),比如懸崖和深坑;火星無人機(jī)可以飛進(jìn)去探測。原本計(jì)劃讓這部火星無人機(jī),先在毅力號附近飛行一兩分鐘,飛行高度十幾米以內(nèi);如果證明確實(shí)可以在火星表面自由飛行,那么最終要求進(jìn)行一次性飛行20分鐘,飛行高度500米,

飛行范圍數(shù)公里的全面探測。瀚海狼山(匈奴狼山)認(rèn)為,在火星表面釋放無人機(jī),最大的優(yōu)勢是火星的相對引力小,也就是施加給火星表面的物體的重量會(huì)比地球小很多?;鹦堑闹亓χ挥械厍虻?8%。這次美方設(shè)計(jì)的這個(gè)火星無人機(jī)在地球上的全重是1.8公斤,到了火星上的相對重量只有0.684公斤。明顯小了一大半。在飛行功率不變的情況下,確實(shí)更有利于起飛。不過最大的負(fù)面因素是火星上的大氣密度實(shí)在太小了。氣壓和大氣密度都只有地球上的百分之一。而且火星的冬季大氣密度只有夏季的75%,即使在大氣密度和氣壓最大的夏季,無人機(jī)在火星上起飛,也相當(dāng)于在地球上3萬米以上的高空起飛,能不能飛起來,確實(shí)是一個(gè)非常大的考驗(yàn)。目前的高原型無人機(jī),也不過可以確保最高在6500米的海拔正常飛行。

3萬米的高度起飛還沒人試驗(yàn)過。這個(gè)火星無人機(jī)頂部有4片薄如蟬翼的碳纖維葉片,還有太陽能電池板,希望通過太陽能實(shí)現(xiàn)反復(fù)充電和多次飛行。除了大氣密度太低,火星上的音速也比地球大氣中下降不少,只有240米每秒;因此要防止葉片的自旋末梢速度超過音速,擔(dān)心超過音速會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的顫振,因此把葉片的轉(zhuǎn)速限制在每秒40轉(zhuǎn)之內(nèi)。但是轉(zhuǎn)速不夠,獲得的升力自然也不夠。因此這個(gè)無人機(jī)到底能不能在火星上飛起來,還是個(gè)大問號;只有試過才知道。如果無人機(jī)不行,那么氫氣球能不能在火星上飄起來?如果氫氣球可以飄浮起來,同樣可以在上面帶上攝像機(jī),擴(kuò)大探測范圍。氣球的升降控制更簡單,一根細(xì)繩可以解決大多數(shù)問題,在火星上豈不是比無人機(jī)更靠譜?但是在火星上操作氫氣球也是不容易的?;鹦堑拇髿鈱觾?nèi)部,99%是二氧化碳,原則上比氫氣密度要大。

但是前面也說了,火星地面的氣壓和密度基本是地球表面的百分之一?;鹦谴髿鈮撼D曛挥?00到700帕斯卡,基本相當(dāng)于地球上3萬米以上的大氣壓。地球地面的空氣密度是1280克每立方米,這樣算火星地面的大氣密度只有12.8克每立方米,而地球表面氫氣密度是89克每立方米。就算是地球上最輕的氫氣球,也是火星表面密度的7倍,是根本飄不起來的。不過不要著急,這個(gè)氫氣密度是在地球一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之下的氫氣密度,如果在火星上氣壓密度大大降低,氫氣球也會(huì)大大的膨脹而具備浮起來的潛力。關(guān)鍵就看這種氣球的材料如何制造和運(yùn)用。因此在火星上使用氫氣球,技術(shù)上可能比無人機(jī)更靠譜一些。