随着去年在窗口期发射的火星探测器,陆续到达火星轨道,为了迎接外来的问候,火星也迎来了它最繁忙的时候。
而率先登陆火星表面的毅力号探测器,此次最让人期待的部分就是其携带的首个火星飞行器,也被称为火星直升机。
毅力号此次的主要任务,是探测火星过去存在生命的证据,以及火星现在存在生命的可能性,而有火星直升机加入这次的探测任务,让人类可以取得更宏大的视野,并且可以探测更大的范围。
如果在地球上操控这样的飞行器,只要经过简单训练的小学生都可以胜任,但是考虑到火星环境比地球恶劣不少,并且远在亿里之外,所以操控起来就非常复杂了。
火星直升机的工作环境恶劣,主要体现在以下几个方面:昼夜温差大、大气稀薄、宇宙射线的侵袭、火星微尘以及火星风暴等
宇宙射线
火星由于磁场微弱,不能像地球磁场一样有效地抵挡各种宇宙射线,而长时间的爆料在高辐射的环境下,对精密的电子元器件会照成损伤,因此就不得不考虑对宇宙射线的防护。
基本是探测器的体积越大,那么可以做防护越容易,体积越小,要做到有效的防护也就越难,而根据NASA公布出来的数据显示,这次火星直升机的重量只有1800克,为了能够在火星恶劣的环境中做到有效的飞行,基本是在抠每1克的重量,而又轻又能做到有效防护的外壳,就成了此次火星直升机的首选了。
昼夜温差大
在地球上昼夜温差最大的地方就是沙漠地带了,对这种昼夜的温差有个很形象的说法:早穿棉袄中穿纱,围着火炉吃西瓜。
可谓很形象地表现出这种温差带来的直观感受了,但是这种温差也只是30°C左右,极端的达到50℃,但是跟火星上动不动就达到100℃的温差比起来(火星白天平均气温20℃,晚上平均气温-80℃),就有些小巫见大巫了。
这种感觉,就好像从地球的赤道到南极大陆的温度感受,在如此跨度的温差下,热胀冷缩效应对火星直升机的机械部分造成巨大的负担,所以在这一部分,选择合适的材料就很重要了。
大气稀薄
地球上的飞行器,除了要逃脱地球引力的火箭外,其余的都是靠大气的压力差,以此托举飞行器,达到在空中飞行的目的。
在这一过程中,大气的浓度对飞行器就至关重要了,而火星大气的浓度只有地球的1%,这个浓度的大气,地球上大部分的飞行器想在火星上飞行都很困难。
而想在如此稀薄的大气中完成飞行,只有两个方法,减轻配重,增加螺旋桨的转速。所以最终的结果,我们就看到一个重量只有1800克,但是转速却达到了2700转/分钟的火星直升机,而我们熟悉的某国际品牌无人机,其转速只有300转,而被我们视为黑科技的米国武装直升机,其转速也不超过400转。
可以看出,火星直升机的转速是地球上同类型飞行器的7-8倍,在如此高的转速下,对火星直升机的螺旋桨系统是一个不小的挑战,为了抵消由于转速过快产生的扭矩力,所以火星直升机的桨叶采用的是双螺旋桨,并且制作螺旋桨系统的材料,也被米国列为最高的机密。
火星微尘以及风暴
瑞士的手表之所以昂贵,是因为其是人类机械工艺的顶尖制作,各方面的性能是没话说的,但是就是这样一个选材考究,制作精良的手表,如果没有防护的在沙漠中玩一圈,势必会对手表造成不可逆的损伤。
即使技术再精良的机械师,面对这种损伤,他也无能为力,会劝你打消修复的念头,重新买一个。
手表可以做到防水,但是对无孔不入的细沙和微尘,却力有所逮,正常情况下,火星大气稀薄,不如地球上的气候多变。
对于一个老实的人,看似敦厚,一旦发怒起来却排山倒海一般。火星上的气候也是如此,平时较为平静,但是一旦发怒起来,其沙尘暴风速将达到每小时400公里,并且风暴的范围是火星全球性的,而且在每个火星年至少来那么一次。
18年的时候,火星车机遇号就在一场风暴后,彻底失去了联系,尝试多次联系以后NASA放弃了。据专家预估,是风暴过后,火星的灰尘覆盖住了太阳能板,导致电能不足,无法正常启动火星车上的主控电脑。
但也不排除在大风暴中,火星车受到损坏,还有一种可能就是无孔不入的火星灰尘,侵入了机遇号的内部,给机器设备造成不可逆的损伤。
但无论是哪一种可能性,很明显,这一切都是由火星风暴引起的。而火星频繁发生的这种大风暴,对任何降临火星的探测器都构成了致命的威胁。而这种威胁相对于重量只有1800克的火星直升机尤为明显,所以火星直升机能在火星上呆多久,取决于它躲避火星风暴的能力。
信号延迟
火星车在探索火星的过程很是艰难,原因无他,主要是信号延迟严重。而信号延迟的原因是距离,火星距离地球最近的距离是5500万公里,远的距离达到4亿公里,以信号每秒30万公里的速度,达到火星的时间要3-22分钟之久。
如火星车给地球发回数据,然后地球给火星车发送指令,一来一回的就要6-44分钟。如果火星车行动的速度过快,那么碰到意外情况,地球的指令还未到达,火星车就会碰到意外,所以火星车的行动速度都是以厘米来计算的。
好在火星的上空没有任何的障碍物,基于此种原因,NASA发射火星直升机,是想要一个速度快的探测器来快速的探索火星。
但是面对信号延迟问题,依然让人头疼,玩过无人机的都知道,如果信号延迟1秒钟,对操控都构成了巨大的挑战,而延迟以分钟来计算的话,这个挑战将呈指数的暴涨。
好在现在人工智能技术逐渐成熟,火星直升机的自主操作性得到提升,一些飞行的动作可以代替人为来完成,但是目前阶段来说,人工智能技术并不能代替人工的操作,也就是主要的操作还是受到地球的指挥。
由此看来,延迟的问题,对火星直升机来讲,同样是一个带来巨大挑战的问题,这次的火星直升机毕竟是人类首个火星的飞行器,至于结果如何,还要交于时间来验证。
结语:
作为地球上头号的科技强国,米国确实在科学技术方面引领世界,这点不可否认,他们敢为人先的做从0到1的突破,包括火星车,和这次的火星直升机,看似简单,里面却蕴含了人类的科技结晶。(其重量虽然只有1800克,但是其造价却高达8500万美元,每克的造价高达4.7万美元,而黄金的价格大约58美元/克,也就是说在等重下,火星直升机的价值是黄金的810倍左右)
火星直升机虽然耗费巨资,但是面对宇宙太空的探索,以及人类的未来,大家在心里有本自己的账,是值得的!
在火星恶劣的工作环境中,你认为人类的首架飞行器能坚持多久,一个月、半年、一年、亦或是十几年?不妨到评论区留言,大家一同探讨!
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