把火星样本带回地球，我们需要什么？

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编译：王茸

校对：杨宜修 刘海牧

美编：胡永葳

后台：没想到吧还是美编我

作为火星样本返回计划(Mars Sample Return Campaign)的一部分，火星样本回收直升机的想象图如上所示。

(Image credit: NASA/JPL-Caltech)

目前，NASA正在设计一种新型火星直升机（可以扫射火星查理那种）。

多亏“机智号”火星直升机在杰泽罗陨石坑(Jezero Crater)飞行了近50次，我们学到了很多如何制造未来火星旋翼飞行器的知识，下一代火星表面飞行器将包括大量附加组件。

NASA的“毅力”号探测器已在火星上层的一个特殊拾取区投放了样本管。NASA和欧空局目前正在制定一项火星样本联合返回计划，该计划将收集火星岩石和风化层的样本，并送回地球。计划里也包括两架火星样本回收直升机，两者将回收预先填充的样本管，并运送到等待的火箭上，然后将这些样本送入火星轨道。

航空系统

Håvard Fjær Grip是NASA喷气推进实验室的自主和空中飞行总工程师，该实验室出品了那个颇具革命性的“机智号”火星直升机。在最近举行的美国宇航学会(AAS)制导、导航和控制会议落基山分会会议报告中,Grip谈到一种类似于“机智号”的新型火星样本返回航空系统正在进行研究中。

Grip介绍了“机智号”的制导、导航和控制系统将如何适应、扩展到正在研制的火星样本回收直升机上。“机智号”的设计组成了新系统的核心，但需要进行更新以支持火星样本回收的操作概念，主要聚焦在制导和导航领域。

Grip强调目前火星新型旋翼机器人的细节还只是概念。随着设计的逐步成熟，相应的细节将在未来几年继续完善。

样本回收直升机概念图

(Image credit: Håvard Fjær Grip/NASA/JPL-Caltech)

极少空气的工作环境

造出这个新型直升机有多难呢？

“我们做的任何事都不容易。造出这个直升机也很难，但只要努力，是可以做到的，”Grip继续介绍道： “主要挑战是质量。火星上只有很少的空气，这就限制了可以携带的质量。火星直升机的基本设计理念是由目前在杰泽罗陨石坑的‘机智号’旋翼叶片进行数十次飞行所支持的，这也是一个调整和适应新要素的过程，以便它在火星上做更多的事情。”

“机智号”火星直升机于2021年2月搭乘“毅力号”来到火星。经过数十次飞行后，这架演示机正在为更高更强的火星旋翼飞机提供源源不断的灵感。

(Image credit: NASA/JPL-Caltech)

至于不确定的新元素，每架火星样本返回直升机都将配备轮子和一个小机械臂。Grip 说：“目前都是概念性的，是否执行这次任务还没有最终确定。我们现在研究的是如何做到这一点。不过已经清楚的是，旋翼机的基本配置和我们能如何控制它已经确定，也是我们未来的起点。制造新部件需要进行大量工作，同时也可能随着设计而演变。”

自豪的飞行员

当谈到机智号在火星上的飞行时间时，Grip自豪地说从2021年4月19日的首次飞行到第37次飞行，他一直都是机智号的首席飞行员。新年前夕，他把这份工作交给了另一个同事，之后就专注于研究火星样本回收直升机。

Grip回忆起第一次飞行特别引人注目。后续的飞行陆续有新元素加入，比如新的飞行软件就给直升机带来更多的功能。“最近的一些飞行确实突破了极限，风险总是存在的。等待数据时人们也总是有点紧张，但逐渐就习以为常。机智号的预计飞行次数虽然只有5次，但凭借着高效的使用，其飞行次数大大超出了所有人的预期”。

“机智号”在火星上的首次飞行让团队全员都兴奋不已。

(Image credit: NASA/JPL-Caltech)

火星博物馆

杰泽罗陨石坑的“毅力”号火星车或许就是某种意义上的机器人馆长，它像是火星博物馆的监督人，里面收藏着这颗古老的红色星球的无价之宝，其中一些可能就藏着火星生命的线索和证据。

目前正在杰泽罗陨石坑底部的三叉区域(Three Forks)建造一个这样的样本存放处。多亏了“机智号”在火星上的飞行，“博物馆”选址才能明确。

Grip称赞“机智号太给力了，为这区域拍了很多照片。我们现在有足够真实的数据能形容未来你在三叉区域能发现什么”。

(Image credit: NASA/JPL-Caltech)

Grip认为火星机载飞行器的前途一片光明，特别是当它们作为人类探险队的工具时，其中的一项任务就是在远离宇航员着陆点的地方进行侦察调查。“关键在于你的想象力能走多远。一个新的移动系统已经准备就绪，并已经在火星上得到了验证。现在的问题是你怎么使用它?”

『天文湿刻』 牧夫出品

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我与我的星球

Credits：NASA

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