探索火星的“机智号”

2020年7月30日，美国的火星2020探测器从佛罗里达州成功发射。这次任务不仅包括了大型的“毅力号”火星车，还搭载了一架名为“机智号”的小型无人机，后者将成为第一架在火星上飞行的无人机。

“机智号”的大小

美国此次火星探测的主要目标是将“毅力号”火星车送上火星，而“机智号”只是一个附加项目。因此，“机智号”显得并不显眼。投入资金上也反映了这一点：“毅力号”耗资24亿美元，而“机智号”仅需0.85亿美元。

“毅力号”是一辆庞然大物，其尺寸与家用小轿车相当，长3米、宽2.7米、高2.2米，重量达到1043千克。相比之下，“机智号”小巧得多，只有1.8千克重，旋翼叶片长1.2米。它被安置在“毅力号”的底部，并随“毅力号”一起飞往火星。科学家们会在“毅力号”着陆后将其释放出来，让它展开飞行任务。每次飞行结束后，“机智号”会再次回到“毅力号”的保护下。

“机智号”的飞行原理

火星的大气环境极为恶劣：火星表面的大气压仅为地球的0.7%，大气中几乎不含氧气，主要成分是二氧化碳，平均气温为-63℃。然而，火星的引力仅为地球的三分之一，这使得无人机在火星上飞行相对容易一些。

为了适应这种极端环境，“机智号”采用了先进的旋翼设计，包括两个转子和四个叶片，每个叶片长达1.2米。这些叶片采用碳纤维材料制成，轻盈且坚固。此外，“机智号”还配备了抗辐射系统，确保其在寒冷的火星环境中正常运行。

尽管拥有先进的技术和设计，“机智号”的飞行能力仍然有限：最大飞行距离为300米，最大飞行高度仅为5米。这主要是因为火星上的飞行十分艰难，旋翼需要每分钟旋转2800次才能维持正常飞行。而在地球大气层中，同样的旋翼只需每分钟旋转280次即可平稳飞行。

“机智号”预计将在“毅力号”着陆后的60至90个火星日后，进行为期30天的飞行稳定性测试，期间最多飞行5次。由于旋翼功率较大且携带的充电式锂电池容量有限，“机智号”的每次飞行时间只有90秒。

为什么不给“机智号”配备更大的锂电池？这是因为如果携带过大的电池，“机智号”可能根本无法起飞。它还配备了一块太阳能电池板，用于为锂电池充电。一次飞行90秒需要消耗一个火星日（24.62小时）的太阳能。

“机智号”的用途

目前在火星工作的主要是轨道飞行器和火星车。轨道飞行器离火星表面太远，难以捕捉到详细的表面信息。而火星车的视野有限，经常会被复杂的地形所阻碍。因此，科学家们需要一种能够更好地探索火星的工具。

如果火星上存在生命，在火星表面环境恶化后，它们可能会迁移到地下洞穴中。这些洞穴可能成为水和冰的储藏地，未来人类登陆火星时，这些洞穴可能是潜在的居住地。无论是出于何种考虑，这些洞穴都值得深入探索，而轨道飞行器和火星车并不适合进入这些洞穴。

无人机结合了轨道飞行器和火星车的优势，既能从高空俯瞰，又能近距离观察，还能飞入洞穴、峡谷和陨石坑中。“机智号”配备了小型航空电子设备、通讯设备和成像设备，可以根据地面科学家的指令执行飞行任务，到达火星车难以到达的区域。

“机智号”是火星无人机的示范项目，主要目的是测试无人机在火星上的飞行能力。科学家们将根据其飞行结果和数据，改进未来的火星无人机设计，使其更有效地完成科学探测任务。

“机智号”研发团队的首席科学家哈瓦德·格里普说：“就像莱特兄弟证明了飞行器在地球大气中的动力飞行是可行的一样，我们的研究将证明，飞行器在火星大气中同样可以飞行。”

“机智号”名字的由来

2020年4月，美国宇航局宣布将首架火星无人机命名为“机智号”。这个名字源自英文“ingenuity”，由美国阿拉巴马州诺斯波特的高中生瓦妮扎·鲁帕尼提出。瓦妮扎认为，“机智”这个词象征着人们克服星际旅行挑战所需的智慧和创造力。

2020年3月，美国宇航局宣布选中“毅力”一词作为火星车的名称。当准备为火星无人机命名时，他们决定从火星车命名比赛中选出一个名字。最终，吉姆·布里登斯廷局长选择了“机智号”。

瓦妮扎解释说：“‘机智’让我们所有人都能体验太空探索的奇迹，它赋予我们完成惊人成就的能力。”