北京
近日，NASA在喷气推进实验室（JPL）完成了一项里程碑式测试：下一代火星直升机的旋翼叶片在模拟火星大气环境中，叶片尖端速度成功突破音速（马赫1.08）。
这一成果将为未来更强大的火星飞行器铺平道路，让它们能够携带更重的科学仪器和有效载荷，在红色星球上进行低空探索。
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从“机智号”到下一代
2021年4月19日，NASA的机智号（Ingenuity）火星直升机完成了人类历史上首次在另一个星球的动力受控飞行，彻底改写了航天史。但机智号只是一项技术演示验证机，并未携带科学仪器。
如今，NASA的目光已经投向更远的未来。最新公布的SkyFall项目以及其他潜在的火星飞行器，将具备实际搭载能力，它们需要携带科学仪器、传感器，甚至支持未来载人或机器人任务。而要实现这一切，核心就在于旋翼性能的突破。
Mars Exploration Program经理Al Chen表示：“机智号已经很出色，但我们对下一代飞行器的要求更高。在火星飞行极其困难，因为那里的大气极其稀薄（仅为地球的1%），却仍有可观的引力，产生升力极为挑战。”
02
为什么必须突破音速？
在地球上，增加旋翼推力的方法通常是提高转速或增大直径。但在火星，工程师必须更加激进。
由于大气密度极低，只有将叶片尖端速度推向音速，才能产生足够的升力。机智号团队在72次飞行中始终将转速控制在2700 rpm以内，叶片尖端速度保持在马赫0.7左右，目的是避开音障附近难以预测的物理现象。
图源：NASA
JPL旋翼测试负责人Jaakko Karras幽默地说：“如果查克·耶格尔（突破音障的传奇飞行员）在这里，他会告诉你马赫1附近的情况会变得‘古怪’。我们希望下一代火星飞行器有更强性能，因此必须确认旋翼能在更高速下安全运行。”
值得注意的是，火星上的音速约为540 mph（约869 km/h），比地球海平面（约760 mph）低得多。
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严苛测试：在“刀枪不入”的舱室里
测试团队将由AeroVironment公司制造的三叶旋翼安装在JPL著名的25英尺太空模拟舱中。他们抽出舱内空气，充入适量二氧化碳以模拟火星大气环境，然后逐步提高旋翼转速，同时用风扇制造迎风条件。
为防万一，工程师在舱内关键位置铺设了金属板。测试中，转速最高达到3750 rpm，叶片尖端速度先达到马赫0.98，随后在迎风条件下成功突破马赫1.08。
这一突破直接将火星飞行器的升力能力提升30%，意味着未来飞行器可以携带更重的科学载荷、更大的电池，实现更长距离和更复杂的探索任务。
随后，团队又测试了稍长的两叶SkyFall旋翼，仅需3570 rpm即可达到相似速度。NASA Ames研究中心空气动力学家Shannah Withrow-Maser兴奋地表示：“我们原本觉得能达到马赫1.05就很幸运了，最后竟然冲到了1.08！数据还在深入分析，可能还有更多性能潜力。这些下一代火星直升机将会非常惊人。”
04
未来展望：SkyFall即将启航
SkyFall任务团队已将本次测试成果纳入设计规格。该任务计划在2028年12月向火星发送三架下一代直升机，延续机智号的传奇，并开启火星低空探索的新时代。
从第一次在另一个星球飞行的壮举，到如今突破音障的坚实脚步，NASA正在一步步把科幻变为现实。未来，人类或许能通过这些灵巧的“空中侦察兵”，更深入地了解火星的地质、气候和潜在生命迹象，为载人登陆铺路。
火星探索，从未停止。
参考
https://www.nasa.gov/solar-system/planets/mars/nasa-pushes-next-gen-mars-helicopter-rotor-blades-past-mach-1/
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