機(jī)智號(hào)直升機(jī)第一次在火星上拔地而起。

物理學(xué)家解釋這為何是一件很重大的壯舉

這聽起來不像是一個(gè)大事件，但確實(shí)如此。（圖片來源：美國(guó)宇航局）

機(jī)智號(hào)直升機(jī)與毅力號(hào)火星車2月份一起降落在火星上——并從火星表面試飛。更重要的是，它在距地表三米的空中盤旋了大約 30 秒，然后又落回了地面。

這聽起來可能不是一個(gè)巨大的壯舉，但它確實(shí)是。機(jī)智號(hào)是首次動(dòng)力飛機(jī)在另一個(gè)星球上進(jìn)行的飛行。它標(biāo)志著人類太空探索史上的一個(gè)里程碑。

雖然阿波羅 11 號(hào)航天器以著陸月球而著稱，在重新發(fā)射離開月球時(shí)，它只需要脫離月球的引力并返回地球。 但是，在沒有大氣層的環(huán)境中維持飛行是另一回事。我們花了六年的時(shí)間才制造出來具有如此歷史意義的機(jī)智號(hào)直升機(jī)。 一旦我們了解了所需技術(shù)的復(fù)雜性，我們就可以理解為什么他是一個(gè)壯舉。

為何火星本土飛行是項(xiàng)巨大的成就

遙控一架直升機(jī)在其他行星世界飛行有幾項(xiàng)技術(shù)上的挑戰(zhàn)。第一點(diǎn)也是最重要的一點(diǎn)，直升機(jī)需要空氣才能飛行。

直升機(jī)翼片或轉(zhuǎn)軸必須旋轉(zhuǎn)得足夠快才能產(chǎn)生“升力”。 但是升力只能在某種空氣存在的情況下產(chǎn)生。 雖然火星確實(shí)有大氣層，但它比地球的大氣層要稀薄得多——大約100 倍左右。

因此，在火星大氣層中飛行的機(jī)智號(hào)相當(dāng)于在地球上10萬英尺高度飛行。詳細(xì)來講，商用飛機(jī)一般在地球海拔 3萬到4萬英尺之間飛行，直升機(jī)在地球上飛行的最高高度是 4萬2千英尺。

在地球上測(cè)試這架飛機(jī)需要一個(gè)加壓室，從中抽取大量空氣來模擬火星的環(huán)境。

我們也要考慮的火星引力，它大約是地球的三分之一。這確實(shí)給了我們一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。如果火星與地球有相同的密度，引力的減少意味著我們需要更少的功率讓機(jī)智號(hào)起飛。但是，雖然火星的引力對(duì)我們有利，但仍然被稀薄的大氣層造成的劣勢(shì)所抵消。

機(jī)智號(hào)創(chuàng)造了首次在地球外測(cè)試飛行并獲得成功。聽起來可能很容易，但綜上所述，這項(xiàng)任務(wù)其實(shí)非常，非常困難和復(fù)雜。

先進(jìn)的制造工藝

機(jī)智號(hào)可以通過兩種方式克服火星大氣層中的障礙。 第一種，為了產(chǎn)生升力，兩個(gè)槳葉（碳纖維制造）必須比地球上的任何直升機(jī)轉(zhuǎn)的更快。

在地球上，大多數(shù)直升機(jī)和無人機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速約為每分鐘 400-500 轉(zhuǎn)。而機(jī)智號(hào)的轉(zhuǎn)速大約每分鐘大約2,400轉(zhuǎn)。

它還具有明顯的機(jī)身-翼展比。 雖然 機(jī)智號(hào)的機(jī)身大約有紙巾盒那么大，但它的槳葉從一端到另一端的長(zhǎng)度足足有 1.2m。（圖片來源：美國(guó)宇航局）

甚至從開始傳輸起飛的信號(hào)也需要一系列高科技技術(shù)的支持。 雖然無線電信號(hào)在地球和火星之間傳播只需要幾分鐘，但這些信號(hào)仍然要延遲幾個(gè)小時(shí)才能傳輸?shù)街鄙龣C(jī)。

如果考慮這些信號(hào)發(fā)射的過程就可以很好的理解了——從地球上的計(jì)算機(jī)到衛(wèi)星接受天線，再到火星軌道的勘測(cè)器，再到毅力號(hào)火星車，最后到機(jī)智號(hào)直升機(jī)。

火星上的遠(yuǎn)程遙控飛行

機(jī)智號(hào)就是我們所說的“技術(shù)先行者”。 簡(jiǎn)單來說，它唯一的目的就是為了證明可以完成一系列簡(jiǎn)單的任務(wù)。 在未來的幾周，機(jī)智號(hào)將再進(jìn)行三到四次飛行任務(wù)，其中最具有挑戰(zhàn)的一次是起飛并飛至距離毅力號(hào)300米遠(yuǎn)的地方。

（圖片來源：美國(guó)宇航局/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院）

從飛行中獲得的數(shù)據(jù)和信息將被分析并用作設(shè)計(jì)更復(fù)雜飛行器。 一旦應(yīng)用了這項(xiàng)技術(shù)，它具將有巨大的潛力。

在火星上運(yùn)行的無人機(jī)和直升機(jī)可以充當(dāng)偵察兵的角色，用來未漫游車檢查地貌，以確認(rèn)路徑是否安全。這種飛行器甚至可以幫忙協(xié)助在火星表面尋找是否有水和生命的跡象。

2035 年，人類有望首次登陸火星。這些宇航員會(huì)接受實(shí)時(shí)操作飛行器的培訓(xùn)，并對(duì)地面進(jìn)行偵查，是否存在可能傷害人類，損壞服裝，飛行器或漫游者的障礙物和危險(xiǎn)地形。

致敬過去，展望未來

為致敬地球上人類第一次飛行事件，美國(guó)宇航局科學(xué)家們?cè)诨鹦侵鄙龣C(jī)上放置了一件具有歷史意義的紀(jì)念品。是1903年萊特兄弟飛行器的一塊機(jī)翼布料，它被放置在太陽(yáng)能電池板下方的電線上。

這是地球飛行器進(jìn)入太空飛行歷史上的第二塊紀(jì)念物；第一塊是在阿波羅任務(wù)中被帶到月球上。

現(xiàn)在的任務(wù)已經(jīng)推廣至其他外星球。更值得注意的是，蜻蜓直升機(jī)已計(jì)劃于2034年抵達(dá)土星的衛(wèi)星——泰坦的表面，并在其上空翱翔。

也許今后我們?cè)谝粋€(gè)接一個(gè)地持續(xù)探索其他地外行星世界時(shí)，也都可以帶上一片地球上的紀(jì)念物作為歷史的見證。

“我們一直在談?wù)撊R特兄弟的壯舉，現(xiàn)在也是如此?！?

BY: Gail Iles

FY: 魏老二

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