美国宇航局独创的火星直升机——携带了莱特兄弟飞机的一部分——准备在另一个星球上进行首次飞行

美国宇航局创新火星直升机

现在,这架直升机已经脱离了它的碳纤维保护罩,为下一步做好了准备。

美国国家航空航天局把目标定在4月8日之前吗火星第一次尝试在另一个星球上进行动力控制飞行的直升机。然而,在这架重4磅(1.8公斤)的旋翼飞机进行首次飞行之前,它和它的团队都必须完成一系列令人生畏的里程碑。

美国国家航空航天局的“毅力”号漫游者的腹部仍蕴藏着独创性在火星着陆2月18日。3月21日,月球车在着陆过程中使用了吉他外壳形状的石墨复合材料碎片护罩来保护“创造力”。探测器目前正在运往“机场”,“聪明”号将在那里尝试飞行。一旦部署,“聪明”号将有30个火星天(sols, 31个地球日)来进行测试飞行。

聪明的直升机在火星上飞行

这张照片展示了美国宇航局的独创直升机在火星上飞行。来源:美国国家航空航天局/姓名

“1997年,当美国宇航局的‘旅居者’(Sojourner)探测器登陆火星时,它证明了在这颗红色星球上漫游是可能的,并彻底重新定义了我们探索火星的方式。”同样,我们也想了解未来科学研究中可能存在的独创性,”NASA总部行星科学部主任洛里•格莱兹说。“‘独创性’这个名字很恰当,它是一项技术演示,旨在成为在另一个世界进行的首次动力飞行,如果成功,将进一步扩大我们的视野,拓宽火星探索的可能性。”

在火星上以可控方式飞行比在地球上飞行困难得多。这颗红色的行星有显著的重力(大约是地球的三分之一),但它的大气层在表面的密度只有地球的1%。在火星的白天,火星表面接收到的太阳能只有地球白天接收到的一半左右,夜间的温度可低至零下130度华氏温度(零下90度摄氏),它会冻结和开裂无保护的电子元件。

“毅力”号月球车掉落碎片护罩

美国宇航局“毅力号”月球车底部的碎片护罩于2021年3月21日发布。在着陆过程中,碎片护罩保护着美国宇航局的独创直升机。来源:美国国家航空航天局/姓名/ mss

为了适应“毅力”号提供的住宿条件,这架别有用心的直升机必须很小。要在火星环境中飞行,它必须很轻。为了在火星寒冷的夜晚生存下来,它必须有足够的能量来驱动内部加热器。这个系统——从它的转子在稀薄空气中的性能到它的太阳能电池板、电加热器和其他部件——已经在南加州NASA喷气推进实验室的真空室和测试实验室中反复测试。

火星直升机首席工程师Bob Balaram表示:“自6年前开始,我们所走的每一步都是飞机史上的未知领域。喷气推进实验室。“虽然部署到火星表面将是一个巨大的挑战,但在没有探测器保护和保持动力的情况下,独自在火星上度过第一个晚上,将是一个更大的挑战。”

部署直升机

在“聪明”号在火星上进行第一次飞行之前,它必须位于机场的正中央——一块33 × 33英尺(10 × 10米)的火星土地,选择它是因为它平坦且没有障碍物。一旦直升机和漫游者团队确认“恒心号”已经在机场内他们想要的位置,将直升机部署在火星表面的复杂过程就开始了。

“恒心号”火星直升机集成负责人法拉·阿里贝(Farah Alibay)表示:“就像直升机的所有工作一样,这种部署方式以前从未做过。”“一旦我们开始部署,就没有回头路了。一切活动都是紧密协调、不可逆转、相互依存的。如果有任何迹象表明事情的进展不像预期的那样,我们可能会决定推迟一个sol或更长时间,直到我们有更好的了解发生了什么。”

独创的火星直升机飞行区

这张图片从NASA的火星2020“坚忍”号漫游者的角度展示了美国宇航局“独创性”直升机飞行区的飞行区域。飞行区域是指直升机将在其中飞行的区域。
来源:美国国家航空航天局/姓名

直升机部署过程大约需要6个太阳(在地球上6天4小时)。在第一个sol中,在地球上的团队将激活一个螺栓断裂装置,释放一个锁定机制,在探测器发射和火星着陆期间,这个锁定机制帮助直升机牢牢地固定在探测器的腹部。在接下来的sol中,他们将发射一个电缆切割烟火装置,使机械手臂开始将直升机从水平位置旋转。此时旋翼机也将展开它四个着陆腿中的两个。

在部署程序的第三个sol中,一个小型电动马达将完成旋转,直到它卡住,使直升机完全垂直。在第四个sol的时候,最后两个着陆腿将突然到位。在这四个sol中,广角地形传感器(沃森)成像仪将在它逐渐展开飞行构型的过程中,对它的聪明才智进行确认拍摄。在它的最后位置,直升机将悬挂在火星表面约5英寸(13厘米)的地方。到那时,只需要一个螺栓和几十个微小的电触点就能把直升机和“毅力”号连接起来。在部署的第五个sol,团队将利用最后的机会,利用毅力作为电源,为独创性的六个电池充电。

他说:“一旦我们坚持不懈地割断绳子,把最后5英寸的绳子扔到水面上,我们希望我们的大朋友尽快开车离开,这样我们的太阳能电池板就能得到阳光,并开始给电池充电。”


美国宇航局的火星直升机“智慧号”于2021年2月18日抵达火星。它的任务是:在另一个星球上演示首次动力飞行。我们将在2021年春天登上火星的天空。来源:美国国家航空航天局/姓名

第六,最后将溶胶部署阶段,团队需要确认三件事:创造力的四条腿坚决Jezero表面陨石坑,探测器做了,确实,开车大约16英尺(5米)远,这直升机和探测器都是通过机载无线电通信。这一里程碑还启动了30个太阳时钟,在此期间必须进行所有的飞行前检查和飞行测试。

“独创性是一个实验性的工程飞行测试——我们想看看我们是否能在火星上飞行,”MiMi Aung说,他是喷气推进实验室独创性火星直升机的项目经理。“船上没有科学仪器,也没有获取科学信息的目标。我们相信,我们想要在火星表面和高空获取的所有工程数据都可以在这30个太阳窗口内完成。”

与部署一样,直升机和漫游者团队将有条不紊地进行即将到来的飞行测试。如果团队错过了一个重要的飞行前里程碑,或者有问题,他们可能需要一个或多个sols来更好地理解这个问题。如果直升机幸存序列的第一个晚上火星表面的时期,然而,球队将在接下来的几个溶胶尽一切可能确保成功的飞行,包括摆动转子叶片和验证惯性测量单元的性能,以及测试整个转子系统在向上2537 rpm(而智慧的起落架仍然坚定地表面)。

在火星上的第一次飞行测试

一旦团队准备好尝试第一次飞行,“恒心”号将收到喷气推进实验室任务控制人员的最后飞行指令,并将其传递给“智取”号。有几个因素将决定飞行的精确时间,包括当地风模式的建模以及火星环境动力学分析仪(MEDA)在毅力号上进行的测量。它的旋翼转速将达到每分钟2537转,如果所有的自检结果都没问题的话,它就会起飞。在以每秒3英尺(1米每秒)的速度爬升之后,它会在离地面10英尺(3米)的高度盘旋30秒。然后,火星直升机将下降,并在火星表面着陆。

在第一次飞行完成几小时后,“毅力”号将下行传送“聪明”号的第一组工程数据,可能还有来自探测器导航摄像机和Mastcam-Z的图像和视频。根据飞行后第一个晚上的下行数据,火星直升机团队希望能够确定他们在火星的第一次飞行尝试是否成功。

别出心裁的直升机飞行区地图

这张照片显示了美国宇航局的智慧火星直升机将进行试飞的地方。直升机工程师在一张由美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的高分辨率成像实验(HiRISE)相机拍摄的图像上添加了月球车着陆点、机场和飞行区域的位置。
资料来源:NASA/ jpl -加州理工学院/亚利桑那大学

在接下来的sol中,所有在飞行中收集到的剩余工程数据,以及一些低分辨率的黑白图像,从直升机自己的导航摄像机,可以向下链接到喷气推进实验室。这一阶段的第三个sol,由直升机的高分辨率彩色相机拍摄的两幅图像应该会到达。火星直升机小组将利用所有可用的信息来决定何时以及如何推进下一次测试。

“火星很硬,”昂说。“我们的计划是,无论火星向我们扔来什么,我们都要像过去六年里处理每一个挑战一样——团结一致,坚持不懈,付出大量努力,再加上一点点智慧。”

一段历史

在另一个星球上进行第一次动力控制飞行的时候,1903年12月17日,在北卡罗来纳州基蒂霍克附近的杀死魔鬼山(Kill Devil Hill)的风吹沙丘上进行了第一次动力控制飞行。奥维尔和赖特在第一次飞行中在12秒内飞行了120英尺。莱特兄弟在那天进行了四次飞行,每一次都比前一次更长。

奥维尔·赖特是第一个进行动力控制飞行的人

1903年12月17日,奥维尔·赖特在北卡罗莱纳的基蒂霍克进行了地球上的第一次动力控制飞行。覆盖飞机机翼的材料“飞行者1号”(Flyer 1)已由美国国家航空航天局(NASA)独创的火星直升机送往火星,这架直升机将尝试在另一个星球上进行动力控制飞行。资料来源:国会图书馆

莱特兄弟的飞机“飞行者”(Flyer)首次飞行时,覆盖其中一个机翼的一小部分材料现在被“聪明”号搭载。用绝缘胶带将一小块布包裹在位于直升机太阳能电池板下面的电缆上。从1901年开始,莱特夫妇使用了同样类型的材料——一种被称为“西方的骄傲”的未漂白棉布——来覆盖他们的滑翔机和飞机机翼。阿波罗11号的宇航员在1969年7月的标志性任务中,将另一块材料和莱特飞行器上的一小块木头碎片一起送往月球并返回。

更多关于创造力

这架独创的火星直升机是由喷气推进实验室建造的,该实验室也为NASA总部管理技术演示。它由NASA的科学任务理事会、NASA航空研究任务理事会和NASA空间技术任务理事会支持。NASA的艾姆斯研究中心和兰利研究中心提供了重要的飞行性能分析和技术援助。

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