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无人探测车之后,NASA 计划把第一架无人机送上火星

火星 2020

目前,距离地球最近的行星之一火星,因为和地球比较相似,是太阳系中被人造探测器造访最多的天体之一。从前苏联的“火星计划”到美国最新的“洞察”号,前往火星的探测器形式上只有三个类型:落地后不动的固定式探测器,可以移动的火星漫游车,以及环绕火星的轨道探测器。

两年后的 2020 年,NASA 预备往火星上发射的“火星 2020”探测计划,将包含一个全新类型的火星探测器,一台直升机。

NASA 是在最近的任务新闻发布会上宣布这件事的。

“火星 2020”(暂定名)计划是 2012 年宣布的火星长期探索计划的一部分,主要任务载荷是一个火星漫游车。这台漫游车设计与 2011 年发射的“好奇”号探测器类似,使用相同的车身结构,动力源同样采用不需要太阳光的同位素热能反应堆供电,“好奇”号火星车计划任务 2 年,因为同位素热能系统的理论续航长达十数年,“好奇”号的任务在 2012 年被无限期延长。

“火星 2020”中的漫游车将搭载和“好奇”号不同的科学载荷,研究的课题也不相同。“好奇”号携带的 X 射线光谱仪、化学成像相机等科学仪器的目的,是探索火星上水的作用,以及支持生命的可能性;“火星 2020”将主要搭载探地雷达、氧气实验室和紫外线光谱仪,主要科学任务将围绕火星的地质历史、过去的生活环境,以及未来在火星殖民的技术探索。

火星 2020 漫游车

在漫游车之外,最重要的部件就是被命名为“火星直升机侦查员”(MHS)的飞行探测器。

MHS 是一台同轴双旋翼的电动直升机,旋翼直径 1.1 米,机舱大小 14 厘米见方,总重量 1 千克,功率 220 瓦,依靠太阳能电池充电。计划中这台无人机将作为漫游车的眼睛进行侦察飞行,提供比轨道探测器高 10 倍的地面分辨率,指导漫游车前往更值得探索的区域。

MHS 最大的挑战来自火星大气。

虽然形式相似,但 MHS 面临的是和地球上截然不同的大气环境。火星大气主要由 96% 的二氧化碳组成,平均气压仅有 600 帕斯卡,约为地球大气气压的千分之 6,不考虑温度和成分,这环境也远低于可以支持人类生活阿姆斯特朗极限。

对于 MHS 探测器来说,在火星上起飞比在地球上起飞难得多,火星地表的气压相当于地球上几十公里高空的稀薄空气,地球上没有直升飞机可以在这个高度飞行。MHS 的旋翼必须提供更多的动力,转速比地球飞机快得多,大约为 3000 转每分钟,飞行时间也较短,单次飞行大约 2 分钟。

在未来的任务中,这台飞行探测器每天执行一次飞行任务,最远不超过 600 米,高度不超过 400 米,飞行时间不超过 3 分钟。飞行中相机将拍摄周边地面环境,将信号传回火星车,通过高增益天线发回地球,让科学家来决定火星车前进的方向。

有 MHS 的帮助,火星车的效率会更高。“火星 2020”火星车的设计时速不超过每小时 90 米,平均时速约为每小时 30 米,比人类步行还要慢得多,靠火星车移动侦查,会浪费大量的任务时间,飞在天上的 MHS 可以解决这个问题。

目前,MHS 获得了 2300 万美元的经费,2017 年初已经完成了样机的测试。但 NASA 同时表示,MHS 并不是“火星 2020”的主要任务计划,即使 MHS 在火星的恶劣气候中任务失败,也不会影响到整个计划太多。

另外,火星直升飞机不是终点。NASA 的兰利研究中心曾计划一个在火星上飞行的固定翼飞机,原计划 2013 年发射,但目前暂时搁置。


图片/MHS 的主任科学家 Matthew Golombek 与 MHS 的全尺寸模型

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