NASA新一代火星直升机将提升至“超音速”

美国宇航局（NASA）在近日宣布，其面向火星恶劣环境打造的新一代飞行系统已在地面模拟环境中通过关键测试，旋翼尖端速度被成功推进到超过当地音速的水平，为未来在火星开展更高效、更复杂的空中探测任务奠定基础。 火星极其稀薄的大气让飞行变得“几乎是你能想象到的最难的事情”，而这套新技术的突破，意味着火星直升机将在升力和载荷能力上迎来质的飞跃。

这一进展建立在“机智号”（Ingenuity）直升机奠定的基础之上。 作为人类首架在其他星球实现受控飞行的飞行器，机智号已经正式退役，但其技术与经验正在被整合进NASA喷气推进实验室（JPL）最新推出的“Skyfall”火星直升机项目中，用于支撑未来的人类与机器人联合探测。

在Skyfall计划中，直升机最重要的升级之一，就是显著提高旋翼转速的上限。 机智号在火星执行任务时，其泡沫材质旋翼的转速被限制在每分钟2700转（rpm）以内，以确保安全裕度。 如今，JPL工程师正在追求更高的性能指标，希望新一代火星直升机在保持可靠性的同时，大幅提升可用升力和机动能力。

为验证设计方案，NASA研究人员在JPL的空间模拟器中重建了火星的大气成分和飞行条件，并在其中测试由AeroVironment公司研发的旋翼系统。 在地球海平面附近，音速约为每小时760英里，而在火星稀薄且富含二氧化碳的大气中，马赫1大致相当于每小时540英里。 在模拟环境中，测试用旋翼能够承受高达每分钟3750转的转速，其尖端速度约接近马赫0.98。

研究团队随后在模拟舱内启用额外风扇继续施加气流，使旋翼尖端速度进一步提升至1.08马赫，实现了真正意义上的“超音速旋翼”测试。 NASA指出，这一性能提升表明，新一代火星直升机在未来有望提升约30%的最大起飞重量，为搭载更多科学仪器和更大容量电池创造条件。

NASA对Skyfall项目的定位远不止是“在火星上飞一飞”。 该系统计划配置多种传感器和科学载荷，用于获取火星大气、地表以及近地表环境的数据，为地质、气候及潜在资源分布研究提供支持。 更强的升力和能源储备也意味着飞行器可以执行更长航程和更复杂的飞行任务，包括为地面探测车或未来人类着陆点进行先导勘测。

按照当前设想，首个Skyfall任务将一次性向火星发射三架直升机，构成一个协同工作的空中探测编队，以期在一次任务中最大化科学产出。 NASA已经利用最新的地面测试数据对任务参数和飞行包线进行了修正和细化，并据此规划任务方案。 这一雄心勃勃的科学任务目前计划于2028年12月发射，如果进展顺利，火星的天空将在本世纪30年代迎来一支能力远超机智号的“旋翼机群”。