NASA火星直升机首飞再被推迟，下周确定新日期

4月14日消息，当地时间周二，美国宇航局(NASA)宣布，“机智号”直升机在火星上的首次飞行被第二次推迟，原因是需要重新安装其飞行控制软件以修复此前出现的计算机软件故障。

机智号的火星首飞原定于4月11日进行，但NASA在此前的测试中发现飞机旋翼存在问题，为此试飞被推迟到14日。NASA周二宣布，在对问题进行分析后，决定将首飞时间再次推迟。

该机构发推文称：“机智号目前状态良好，其电力和通信等重要系统都运行正常，但它需要更新飞行软件。虽然软件的开发很简单，但验证和安装需要时间。我们将在下周确定新的飞行日期。”

NASA官员表示：“我们相信任务团队有能力克服这一挑战，为机智号在另一个星球上进行历史性的首次受控动力飞行做好准备。”

机智号于2020年7月30日搭载毅力号火星车从地球发射升空，今年2月成功抵达火星轨道。此后，这架直升机随同火星车降落在火星表面，展开太阳能电池板为自己供电，并为11日的首次试飞做准备。然而，在旋翼测试过程中，机载计算机发生了故障。

故障发生在直升机试图从“飞行前模式”切换到“飞行模式”时。NASA表示，有必要进行软件更新来解决这个问题。该机构现在必须开发、测试新软件，并将其上传到飞行控制器上。然后，任务团队必须重新启动机智号，以继续按照原定计划测试。

软件故障推迟了机智号的首次短暂试飞。NASA计划是让这架直升机升空3米左右，盘旋大约30秒钟，然后安全降落在适当的位置。对于地球上的无人机来说，这是非常容易完成的任务，但在距离地球超过1.6亿公里的红色星球上，这将是一项具有挑战性的壮举。

火星大气层比地球的稀薄约100倍，这使得飞行器的起飞和飞行变得更加困难。为了解决这个问题，机智号的旋翼转速需要达到每分钟2500转，这比地球上的载客直升机快得多。此外，由于火星距离地球太远，信号延迟时间过长，通过地球遥控测试显然不现实。为此，整个测试过程必须能够自动进行。

NASA希望机智号在30天内进行五次空中演示，而且每次都要比前一次更具挑战性。第一步是证明机智号可以飞行，最终是测试它能飞多远。机智号的目标是增加NASA探索其他行星的方式。

NASA机智号火星直升机项目主管戴夫·拉弗里(Dave Lavery)说：“当我们探索火星表面时，我们可能会发现，对于火星车来说，地形太危险、距离太远或范围太大，无法有效或高效地完成这项工作，机智号或许可以弥补这些缺陷。”

一旦确定新的试飞日期，NASA计划提前将机智号的飞行计划传送到火星，等待直升机重启并执行预定任务，并发回有关其性能的信息。（小小）

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史上最贵的小飞机

为了配合“火星2020”探索任务，美国航天局的喷气推进实验室打造了一架无人直升机，它只有1.8公斤重，却总共花掉了8500万美元，相当于每克重量耗资47222美元！考虑到国际金价是61.66美元/克，这架名叫“机智号”的小飞机每克价格达到黄金的766倍，说它是“史上最贵”应该不会有人反对吧。

火星直升机机智号

如此昂贵的小飞机，它肩负着什么样的科学使命呢？NASA对它的期待很简单，三个字：飞起来。

任务是如此地简单，“机智号”上没有携带任何的科学设备，只装了两个摄像头和一个低带宽的无线传输设备，负责在1公里以内把飞行过程的照片传给火星车。当然了，由于火星距离地球太远，电磁波一来一回至少需要十几分钟，从地面遥控无人机飞行不太现实，因此“机智号”会按照地面设定的程序，再根据传感器的数据“自主”飞行。

飞行模拟动画

有朋友说，NASA傻呀！不就是飞起来么，用大疆分分钟搞定，1万块钱不到的事。你别说，用大疆还真未必行，因为火星跟地球的环境完全不一样。

在火星想飞起来有难度

火星半径大约是地球的一半，平均密度也小于地球，所以火星表面的重力很低，一个体重100斤的漂亮姑娘要是去到火星称重，她大约只有38斤。也就是说，地面上1.8公斤的“机智号”，在火星表面只需要0.68公斤的推力（差不多是电风扇三档风）就能飞起来。是不是很容易？

在火星启动测试成功

但是且慢！你可能不知道火星大气极度稀薄，表面大气压力只有地球海平面的0.6%，电风扇开三档好比你打了个哈欠。火星空气差不多相当于地球34公里高度的空气密度，在地球上只有一架飞机能飞到这么高，1977年前苏联的米格-25曾短暂地冲上37650米高度，排名第二的美国“黑鸟”升限是26600米。34公里已经接近真空了，直升飞机那是想都别想。

米格-25与“黑鸟”

这么看起来，“机智号”想在火星上飞起来还真是不容易。

别看火星直升机身板儿小，总重量只有1.8公斤，但喷气推进实验室却给它配了两对“巨大”的碳纤维螺旋桨，旋转起来直径达到1.2米；为了能飞起来，螺旋桨的转速要达到2400转/分钟，翼梢速度接近0.7马赫。你可能会说，2400转不快呀，但相对于这么大的螺旋桨和如此轻的重量，要做到精准可控，还是有点难的。

机智号

“机智号”采用了共轴双桨的推进方式，也就是说它的两副螺旋桨是上下重叠，下边的螺旋桨顺时针旋转，上边的逆时针转动，跟我们平常见到的大多数直升飞机不同。这又是为什么呢？

说到底，NASA还是希望它能获得更大升力。

我们常见的直升飞机大多顶着个主旋翼，在尾巴上还竖着装一个尾桨。主旋翼在旋转的时候会推动空气，空气的反作用力在旋翼上产生一个反向扭矩，旋翼逆时针旋转时，机身就会顺时针转动，这是很危险的，会造成飞机失控。我们在直升机的尾巴上也安装一个螺旋桨，让它向左吹风，通过推力来补偿机身的扭矩，就能达到控制方向的效果。

直升机力学简图

大多数直升飞机都采用这种方式，是因为它结构很简单，不需要太过复杂的机械构件，可靠性也更高。但它的机械效率比较低，因为大量的能量被用来抵消扭力而不是用来产生升力。

1754年，俄罗斯科学家发明了同轴双桨直升机，它将一对反向旋转的螺旋桨装在同一个轴上，当两个螺旋桨的转速相同时，它们产生的扭矩会相互抵消，因此机身可以保持方向，不需要尾桨来纠偏。

共轴双桨直升机不需要尾桨纠偏

同轴双桨直升机的好处显而易见，它显著提升了螺旋桨的升力，输出功率稳定、飞行过程中叶片振动小、同时降低了后退叶片失速现象。它的不足之处就是旋转部件的结构复杂，并且由于叶片间气流扰动的关系，两对桨叶相加的推力只比一对桨叶多15%，不是我们想象的1+1=2的关系。

机智号启动模拟动画

“机智号”配备了一组2Ah的索尼锂电池，只能供小飞机飞最多90秒和大约50米距离，完了它必须停下来利用太阳能充电。火星表面光照弱，充电时间可能会很长。

NASA在太空探索上面花钱向来都是不眨眼，一辆“毅力号”火星车耗资27.25亿美元，花8500万做一架小飞机——尽管它的任务只是飞起来拍个短视频，那也在情理之中，毕竟这是在火星上的第一次飞行。

可能下次咱们天问二号访问火星也会带架飞机上去，当然，价钱肯定不会这么贵，像“机智号”这样的，85万美元一架恐怕都有人骂“败家”吧！

谁知道呢？