創造歷史!來自地球的無人機在火星起飛,NASA 用這種方式致敬萊特兄弟

雷鋒網 於 21/04/2021 發表 收藏文章
2021 年 4 月 19 日這天,美國國家航空航天局(NASA)再次創造了歷史——在寒冷陌生的火星上,一架來自地球的直升機順利起飛!

北京時間 2021 年 4 月 19 日 18:15 左右,NASA 直播開啓,首架火星無人機「機智號」(Ingenuity)首次飛行的數據傳回地球並公佈。

NASA 官方直播一開始,畫面中便是任務控制中心人員等待數據的場景:


在等待數據的間隙,NASA 通過一段視頻回顧工程團隊幾年來的努力,並致敬了萊特兄弟。在 NASA 眼中,此次火星試飛直升機的意義不亞於當年萊特兄弟的首次試飛。


項目經理 Mimi Aung 在直播中介紹,現階段團隊有這樣 3 項目標:

  • 在地球上驗證直升機火星起飛的可能性;
  • 真正實現在火星起飛;
  • 確認試飛成功,根據相關數據進一步規劃未來的工作。

因此她表示,今天團隊所獲取的數據相當關鍵。

終於在幾十分鐘後,機智號數據傳來,工程團隊確認首飛成功!

這是機智號上的導航相機拍到的在火星表面的影子:


這是毅力號探測器拍到的在火星起飛的機智號:

團隊成員興奮地表示:

引用It's real! It's real! It's so amazing! (這是真的,太棒了!)

NASA 首架火星無人機如何飛?

2020 年 7 月 30 日,美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地 41 號發射場,搭載着毅力號火星車(Perseverance Rover)的宇宙神 5 號火箭發射升空。

在經歷了近 7 個月的長途旅行之後,毅力號探測器終於在北京時間 2021 年  2 月 19 日凌晨順利登陸,到達位於火星北緯 18 度、西經 77 度區域的傑澤羅隕石坑(Jezero Crater)。


毅力號探測器被稱為是“可移動的實驗室”,在它的諸多載荷中,最受關注的或許就是機智號了。

附着在毅力號探測器下方的機智號,原本被一個防護罩保護着。3 月 21 日,即探測器登陸火星的第 30 個火星日(一個火星日約為地球上的 24 小時 39 分 35 秒),機智號的防護罩被拋棄,機身顯露出來,總算在火星上首次亮相。


【毅力號底部的防護罩和機智號】

實際上,拋棄防護罩僅僅是機智號正式啓動試飛環節的第一步,隨後還經歷了這樣幾步:

  • 機械手釋放機智號,兩隻着陸腳展開;
  • 通過馬達旋轉,機智號進入垂直鎖定狀態,另外兩隻着陸腳展開;
  • 機智號保持被懸掛在毅力號下方的狀態,同時開始通過太陽能板的 6 塊鋰電池給自己充滿電;
  • 選好一塊 10 米乘 10 米的、較為平坦開闊且無障礙物的“停機坪”,將位置擺正在“停機坪”正中央。

值得一提的是,上述幾步看似簡單,實則會持續好幾個火星日,原因就在於機智號每做一個動作都會被拍下、傳輸給地面,經工作人員確認後才能進行下一步,而火星和地球相距遙遠,存在通信延時。


在火星上試飛究竟難在哪裏,機智號機械工程師 Taryn Bailey 表示:

引用由於火星大氣密度不足地球的 1%,相比在地球上控制一架無人機起飛,在火星上實現起飛相當困難。

幸運的是,機智號順利完成了任務:直升至火星表面上方 3 米左右高度,並在適當位置懸停 30 秒鐘再旋轉,隨後緩慢降落。

具體而言,螺旋槳轉速在 12 秒內從 0 達到了 2500 轉/分鐘,僅用 6 秒飛行高度就超過了 3 米。

NASA 首架火星無人機強在哪?

早在 1903 年 12 月 17 日,萊特兄弟首次試飛了一架完全受控、依靠自身動力、機身比空氣重、持續滯空不落地的飛機,也就是世界第一架飛機「飛行者一號」。

此次工程團隊也對「飛行者一號」做了致敬——機智號攜帶了一塊郵票大小的來自「飛行者一號」的布料。

自然,這架耗資 8500 萬美元的無人機,不是隻會“賣情懷”。

雷鋒網(公眾號:雷鋒網)此前曾報道,機智號重 1.8 公斤、高 0.5 米、螺旋槳直徑 1.2 米,由兩個反向旋轉的螺旋槳提供升力,功率 350 瓦。

值得關注的是,正因為火星大氣密度不足地球的 1%,工程團隊才儘可能將機智號做得足夠輕巧,比如直徑 1.2 米的螺旋槳(其轉速能夠達到 2277 轉/分鐘以上,保證機智號平穩實現任務)是由輕質碳纖維泡沫材料打造而成。


正所謂“麻雀雖小五臟俱全”,機智號所配備的設備很是齊全:

  • 充電方面,通過頂部的太陽能板實現,充電一天大概可飛行 90 秒。
  • 導航方面,通過相機跟蹤估計速度實現視覺導航。
  • 配備高通驍龍  801 處理器、高通飛行控制面板以及 Linux 飛行控制系統。
  • 此外也有慣導、激光測高計、傾斜計、加速度計、陀螺儀等設備。

另外,其設計規格符合航天器標準,可承受火箭發射過程中產生的重力和振動,同時還配備了抗輻射系統,在嚴寒的火星環境中也可正常運行。

當然,即便 NASA 為了這架小小的無人機投資了約 8500 萬美元,它本質上還是一款技術展示設備。

此前 NASA 曾介紹:

引用機智號將在火星車着陸後的 60-90 個火星日後進行為期 30 天的飛行穩定性測試,預計最多飛行 5 次,每天飛行不超過 3 分鐘,每次航程最遠 300 米,最大高度 5 米。

也就是説,接下來機智號按計劃還將進行最多 4 次試飛。接下來其試飛難度、複雜程度也會逐步提升,比如嘗試更高的飛行高度、最終飛到別處等等,團隊接下來幾天也將陸續公佈關於首次試飛的更多數據。

不難看出,深空探測絕非易事。

可以説,機智號為行星探測直升機的研發邁出了重要的第一步,機智號項目經理 Mimi Aung 表示:

引用這是發生在另一個星球上的“萊特兄弟時刻”。

未來,無人機與軌道飛行器直接通信或將成為可能,而 2021 年 4 月 19 日的首飛,則是一個偉大的開端。

引用來源:

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-ingenuity-mars-helicopter-prepares-for-first-flight

https://mp.weixin.qq.com/s/sqjrIbhXnAwagxFibDsA4w
直播鏈接:

https://www.youtube.com/watch?v=p1KolyCqICI

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資料來源:雷鋒網
作者/編輯:付靜

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標籤: 無人機  NASA  萊特兄弟  

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