机智号成功首飞！时隔118年人类在又一颗行星实现飞行梦想

1903年12月17日，地球。莱特兄弟驾驶重于空气的“飞行员一号”飞行器实现了在地球大气层的连续可控动力飞行，人类从此进入了飞行时代。飞机极大地拓展了人类四肢可以伸展的空间，将人类推向了全球化时代。

人类飞船的两次划时代突破（来源：公共版权）

2021年4月19日，火星。在预装软件的控制下，“智能”直升机在火星大气层完成了30秒的悬停。这是人类飞行器首次在地外天体大气层内实现连续可控动力飞行，标志着人类深空探索进入新纪元。“飞行”时代。

1。承前启后：人类火星探索的新维度

火星是地球的近邻，是一颗类地行星，与地球有着相似的演化历史和未来。大气、水和有机物都存在于此。地表面积接近地球陆地总面积，各种资源丰富。它处于太阳系的宜居带，探索火星上的生命一直是探索的重点之一。因此，这里也集中了人类在星际探索上的科技极致。

Smart又新增了一项人类火星探测技术计划（来源：作者绘制）

在Wit出现之前，共有四项火星探测计划。瞥一眼的“飞”，登高望远的“围”，观天观地的“落地”，自由行动的“巡”，整体难度越来越大。

其中，“飞越”任务仅在早期技术不成熟或其他任务兼职探索火星时使用。绕行只能研究火星并全方位传递信号，但无法详细研究火星表面；着陆器可以仔细研究火星表面的各种细节，但不能移动；火星车（Marsrover）可以在任何地方移动，但速度稍慢，例如好奇号火星车在着陆后的9年内仅爬行了25.1公里，平均每天的距离不到8米。

基于任务复杂度和实际预算的对比，常规任务的逻辑基本上是“围不如登陆，登陆不如巡逻”。而机智成功后，它有能力在这个逻辑上加上一句“巡逻不如飞行”。因为它可以在3-5米的空中飞行，最大水平速度可以达到每秒10米，单次飞行往返距离可以达到100米，这远远超出了火星探测器的能力。

这是一项史无前例的火星探测新技术，大大扩展了研究空间规模和可获取的信息量。毅力号火星车与智能直升机的结合也代表了火星探索的新高度。

2.乘风破浪：超一体化机身，超强动力系统

去火星是第一难。然而，机智不是一个独立的使命。它主要依靠毅力号火星探测器。在火星之旅中，它被折叠保护起来，牢牢固定在毅力号底部。毅力为它提供了“脐带”。能源和技术支持。确定试验区域后，智能漫游车部署释放至火星表面，仅通过天线与意志力漫游车保持无线通信。

到达火星后，智能漫游车处于折叠状态（左）和展开状态（右）待放行（图片来源：NASA）

火星表面温度可达20摄氏度以上白天，夜间可低至100摄氏度以下，昼夜温差巨大。火星磁场极其微弱，抵御强宇宙辐射的效果几乎为零，辐射环境复杂。早在火箭发射登陆火星阶段，智能漫游车就不得不面临剧烈的震动和冲击。因此，能够成功踏上火星表面并独立生存的智能火星车可以说是经历了重重磨难的洗礼。

在火星上飞行并不是一件容易的事。最大的挑战是火星表面的空气密度和气压不到地球表面的1%，而且相差很大。这相当于地球在30公里左右高度的大气状态。在地球上，珠穆朗玛峰的高度已经是直升机的禁区。为此，科学家们需要解决一系列棘手的问题。

Smart火星直升机的大致构成（来源：NASA+作者注）

首先，尽可能减轻重量是任务成功的关键，也是最大的为Smart承载许多核心结构和仪器挑战。小机智上有很多必要的零件。例如，一块收集能量的太阳能电池板，两对直径为1.2米的碳纤维转子和驱动电机以提供足够的升力，六块特殊的锂离子电池来储存太阳能并为所有仪器设备提供动力，一个机身载有所有核心处理设备、温控系统和控制系统、高清摄像头等科研仪器、通信天线、集惯性传感器、太阳敏感器、视觉里程计、导航相机、激光测高仪等于一体的成套设备复杂的导航系统，以及四个支撑腿等核心结构。它还需要高度智能化，因为地面和火场之间的距离造成的通信延迟使得人类无法控制它的飞行。

所有设计必须尽可能轻便、强度高、抗冲击、抗振动、耐温、抗辐射。人员“绞尽脑汁”的结果。考虑到其8500万美元的独立预算，平均每克成本高达47000美元/克，是黄金单价的近1000倍！

在正式试飞之前，Smart已经进行了一次旋翼旋转测试，并被Perseverance记录下来（来源：NASA）

其次，要获得尽可能大且稳定的升力。Wit的碳纤维转子设计为同轴换向系统。这种设计的传动系统更简单，可以避免传统直升机必须携带的尾桨。再加上可折叠的设计，大大减少了占用的体积空间。同时同轴转动转动惯量小，抗侧风能力更强，悬停和飞行状态更稳定，非常适合Smart的应用需求。然而，这些设计仍然不够。“武道的世界，唯有快。”它需要大大提高速度来满足电梯的需求。它的设计转速高达2400rpm，极端情况下甚至可以更高，远远超过地球上直升机的转速。

预估飞行效果图（来源：NASA）

不过，如果要在这里写一句感谢，主要贡献者应该是火星。它表面的重力加速度只有地球的38%左右，这使得机智在地球上的重量只有0.7公斤，这也是它能够飞行的核心原因。

3。科学目标：专注技术测试，为未来任务带来希望。核心任务是完成技术测试。任务期间预计将完成5次任务，为火星探测和地外天体探测探索新的技术维度。因此，它的科研功能并不复杂，主要是拍摄高分辨率的地面图像，并将其传回毅力号。由于是贴近地面飞行，其核心科学相机拍摄的彩色图片覆盖面更广、分辨率更高，这对于了解毅力号周围环境具有重要意义，相当于给它戴上了一副“金色”眼”。但包括首飞的短期悬停试验在内只有5次飞行任务，可想而知，并不能真正提升毅力号的研究能力。在飞行过程中，毅力号也会对它进行对焦，给它留下一张火星飞行的唯美照片。

未来的蜻蜓泰坦探测器将彻底颠覆人类探索地外天体的技术途径（图片来源：NASA）

这次试验任务的成功不仅彻底开启了人类探索火星太空的技术发展之路，也为探测其他有大气层的地外天体开辟了新思路，甚至有可能成为主要的探测手段。例如，土卫六是土星最大的卫星，土卫六拥有以氮气和甲烷为主的浓密大气层，惠更斯号着陆器曾在2005年实现着陆的壮举。在未来的任务规划中，NASA确定了“蜻蜓”任务，是一款利用旋翼飞行系统探索土卫六大气层和地表的纯飞行器，有望产生远超定点着陆器的科研价值。正如我们所知，金星是一个大气层比地球浓得多的地方，航天器是探测它的最佳方式之一。此外，木星、土星、天王星和海王星也有浓密的大气层，未来的探测器设计思路也将受到这次火星飞行试验成功与否的影响。

Smart也承载着118年前“飞行者一号”前身的火星飞行梦想（图源：NASA）

令人欣慰的是，科学家们也通过smart为火星带来了一场极致的浪漫。Smart太阳能电池板下方的电缆被一小块用于覆盖“飞行员一号”机翼的皮肤覆盖。时隔118年，它见证了人类外星飞行梦想的腾飞。未来，人类的星辰大海之旅，将见证越来越多的飞行奇迹。