创造历史！来自地球的无人机在火星起飞，NASA 用这种方式致敬莱特兄弟
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2021-04-21 07:31
作者 | 付静
2021 年 4 月 19 日这天，美国国家航空航天局（NASA）再次创造了历史——在寒冷陌生的火星上，一架来自地球的直升机顺利起飞！
北京时间 2021 年 4 月 19 日 18:15 左右，NASA 直播开启，首架火星无人机「机智号」（Ingenuity）首次飞行的数据传回地球并公布。
NASA 官方直播一开始，画面中便是任务控制中心人员等待数据的场景：
在等待数据的间隙，NASA 通过一段视频回顾工程团队几年来的努力，并致敬了莱特兄弟。在 NASA 眼中，此次火星试飞直升机的意义不亚于当年莱特兄弟的首次试飞。
项目经理 Mimi Aung 在直播中介绍，现阶段团队有这样 3 项目标：
在地球上验证直升机火星起飞的可能性；
真正实现在火星起飞；
确认试飞成功，根据相关数据进一步规划未来的工作。
因此她表示，今天团队所获取的数据相当关键。
终于在几十分钟后，机智号数据传来，工程团队确认首飞成功！
这是机智号上的导航相机拍到的在火星表面的影子：
这是毅力号探测器拍到的在火星起飞的机智号：
团队成员兴奋地表示：
It's real! It's real! It's so amazing! （这是真的，太棒了！）
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NASA 首架火星无人机如何飞？
2020 年 7 月 30 日，美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地 41 号发射场，搭载着毅力号火星车（Perseverance Rover）的宇宙神 5 号火箭发射升空。
在经历了近 7 个月的长途旅行之后，毅力号探测器终于在北京时间 2021 年 2 月 19 日凌晨顺利登陆，到达位于火星北纬 18 度、西经 77 度区域的杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）。
毅力号探测器被称为是“可移动的实验室”，在它的诸多载荷中，最受关注的或许就是机智号了。
附着在毅力号探测器下方的机智号，原本被一个防护罩保护着。3 月 21 日，即探测器登陆火星的第 30 个火星日（一个火星日约为地球上的 24 小时 39 分 35 秒），机智号的防护罩被抛弃，机身显露出来，总算在火星上首次亮相。
【毅力号底部的防护罩和机智号】
实际上，抛弃防护罩仅仅是机智号正式启动试飞环节的第一步，随后还经历了这样几步：
机械手释放机智号，两只着陆脚展开；
通过马达旋转，机智号进入垂直锁定状态，另外两只着陆脚展开；
机智号保持被悬挂在毅力号下方的状态，同时开始通过太阳能板的 6 块锂电池给自己充满电；
选好一块 10 米乘 10 米的、较为平坦开阔且无障碍物的“停机坪”，将位置摆正在“停机坪”正中央。
值得一提的是，上述几步看似简单，实则会持续好几个火星日，原因就在于机智号每做一个动作都会被拍下、传输给地面，经工作人员确认后才能进行下一步，而火星和地球相距遥远，存在通信延时。
在火星上试飞究竟难在哪里，机智号机械工程师 Taryn Bailey 表示：
由于火星大气密度不足地球的 1%，相比在地球上控制一架无人机起飞，在火星上实现起飞相当困难。
幸运的是，机智号顺利完成了任务：直升至火星表面上方 3 米左右高度，并在适当位置悬停 30 秒钟再旋转，随后缓慢降落。
具体而言，螺旋桨转速在 12 秒内从 0 达到了 2500 转/分钟，仅用 6 秒飞行高度就超过了 3 米。
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NASA 首架火星无人机强在哪？
早在 1903 年 12 月 17 日，莱特兄弟首次试飞了一架完全受控、依靠自身动力、机身比空气重、持续滞空不落地的飞机，也就是世界第一架飞机「飞行者一号」。
此次工程团队也对「飞行者一号」做了致敬——机智号携带了一块邮票大小的来自「飞行者一号」的布料。
自然，这架耗资 8500 万美元的无人机，不是只会“卖情怀”。
雷锋网此前曾报道，机智号重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋桨直径 1.2 米，由两个反向旋转的螺旋桨提供升力，功率 350 瓦。
值得关注的是，正因为火星大气密度不足地球的 1%，工程团队才尽可能将机智号做得足够轻巧，比如直径 1.2 米的螺旋桨（其转速能够达到 2277 转/分钟以上，保证机智号平稳实现任务）是由轻质碳纤维泡沫材料打造而成。
正所谓“麻雀虽小五脏俱全”，机智号所配备的设备很是齐全：
充电方面，通过顶部的太阳能板实现，充电一天大概可飞行 90 秒。
导航方面，通过相机跟踪估计速度实现视觉导航。
配备高通骁龙 801 处理器、高通飞行控制面板以及 Linux 飞行控制系统。
此外也有惯导、激光测高计、倾斜计、加速度计、陀螺仪等设备。
另外，其设计规格符合航天器标准，可承受火箭发射过程中产生的重力和振动，同时还配备了抗辐射系统，在严寒的火星环境中也可正常运行。
当然，即便 NASA 为了这架小小的无人机投资了约 8500 万美元，它本质上还是一款技术展示设备。
此前 NASA 曾介绍：
机智号将在火星车着陆后的 60-90 个火星日后进行为期 30 天的飞行稳定性测试，预计最多飞行 5 次，每天飞行不超过 3 分钟，每次航程最远 300 米，最大高度 5 米。
也就是说，接下来机智号按计划还将进行最多 4 次试飞。接下来其试飞难度、复杂程度也会逐步提升，比如尝试更高的飞行高度、最终飞到别处等等，团队接下来几天也将陆续公布关于首次试飞的更多数据。
不难看出，深空探测绝非易事。
可以说，机智号为行星探测直升机的研发迈出了重要的第一步，机智号项目经理 Mimi Aung 表示：
这是发生在另一个星球上的“莱特兄弟时刻”。
未来，无人机与轨道飞行器直接通信或将成为可能，而 2021 年 4 月 19 日的首飞，则是一个伟大的开端。
引用来源：
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-ingenuity-mars-helicopter-prepares-for-first-flight
https://mp.weixin.qq.com/s/sqjrIbhXnAwagxFibDsA4w
https://www.youtube.com/watch?v=p1KolyCqICI
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