機智號黑白導航相機在飛行期間拍攝的照片（圖片來源：NASA）

撰文｜王昱

審校｜吳非

經(jīng)歷過多次推遲，并在火星上完成了一次軟件更新后，在毅力號的注視下，機智號無人直升機完成了它的首次飛行。機智號在3米的高度盤旋了約20秒后降落，加上上升和降落，飛行整體持續(xù)30秒左右。盡管在火星飛行困難重重，NASA還是擠出一點重量，在機智號上放了一塊萊特兄弟“飛行者一號”的零件，以此紀念本次飛行的重要意義。

1903年，萊特兄弟駕著他們的“飛行者一號”起飛時，不知道他們能否想到一百多年后，人類的飛行器也能在這顆紅色星球上“御風而行”。那時甚至還沒有“科幻”這一概念，基于當時對火星模糊不清的觀測，甚至有人稱火星上存在運河。在此后的一個多世紀，人類的認知邊界和技術實力呈指數(shù)上漲。我們把探測器送上了這顆充滿未知的紅色星球，而今天，我們終于實現(xiàn)了火星表面的飛行。

機智號（圖片來源：NASA）

生存

火星直升機示意圖（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）

擁有核電池的毅力號自然不用擔心能源問題，機智號附著在毅力號上時，尚且可以依靠毅力號的能源保溫。但機智號畢竟還是要離開毅力號的，在拋掉保護罩，緩慢展開，并將六塊鋰離子電池充滿之后，機智號被放置在火星表面。將機智號放下后，毅力號盡快駛離，讓機智號獲得太陽能。依靠著它上方的太陽能板和內(nèi)部的電池，機智號順利撐過了火星寒冷的夜晚。

毅力號和機智號的自拍（圖片來源：NASA）

我們當然也需要和機智號保持聯(lián)絡，但生存下來就已不易，更別提在它上面安裝高功率天線了。而這時，毅力號就充當了中轉站的作用。機智號可以在1千米內(nèi)和毅力號保持通訊，前者的狀態(tài)信息會被傳到火星人造衛(wèi)星上，信號再以光速飛行16分鐘，才能到達地球。

起飛

生存下來后，如何在火星起飛依然是個問題。即使火星是太陽系內(nèi)和地球最接近的星球，兩者之間還是存在巨大差異。對于飛行來說，最明顯的區(qū)別就是火星表面大氣密度只有地球密度的1%。地球上的直升機都存在升限，就算是只有4000米海拔的青藏高原，大多數(shù)直升機就已經(jīng)難以飛行。而火星地表1%大氣壓的密度，相當于地球上3萬米的高空。

由于大氣過于稀薄，雖然火星表面重力大約只有地球表面的1/3，機智號仍然需要盡可能減輕自己的重量。為了讓機智號能夠在火星上飛行，它還必須足夠堅固，能夠承受高轉速對機體結構的考驗。為此，機智號的旋翼、支腳都使用碳纖維構成。最終，這個翼展1.2米的直升機質(zhì)量僅有1.8千克，不少人手上的筆記本電腦都比它重。

和1.8千克重量對應的，是機智號旋翼快得有些不真實的轉速。地球上的直升機主旋翼轉速一般為每分鐘300轉左右，而機智號為每分鐘2500轉。飛行時機智號的峰值功率可達350瓦，核動力的毅力號功率也不過110瓦。在地球上這個轉速聽起來可能有些不可思議，不過也正是由于火星表面過低的氣壓，這個轉速才成為可能。但轉速也只能提升到這個級別了，火星表面240米每秒的聲速限制了直升機的翼展和轉速，超音速后翼尖會產(chǎn)生劇烈震顫，威脅飛行安全。

機智號原型在實驗室中的試飛（圖片來源：NASA）

另外，目前地球和火星之間的距離在16光分左右，而機智號飛行時間最多不過90秒，因此機智號必須實現(xiàn)全自主飛行，實時調(diào)控飛行參數(shù)。為此，機智號搭載了高通驍龍Robotics Flight 801平臺，其核心正是高通驍龍801芯片，大約是七年前的旗艦手機芯片。而機智號上面還搭載了黑白、彩色兩個相機，可以在火星上航拍。第一次飛行拍攝了4張黑白照片和3張彩色照片，受數(shù)據(jù)傳輸限制，會在3天后傳回地球。

就像在地球上那樣，飛行器起飛對天氣有嚴格的要求。機智號會根據(jù)毅力號上火星環(huán)境動態(tài)分析儀（Mars Environmental Dynamics Analyzer，MEDA）的數(shù)據(jù)，推測火星上的天氣情況，在電池電量良好的前提下，選擇風力最小時起飛。

未來

這次任務風險巨大，在起飛之前沒人能知道它是否能成功，所以這個耗費8500萬美元的無人機沒有被賦予任何科學目標。它甚至不能算作毅力號的一個科學任務，而是一項實驗性的技術驗證，可以說是一次豪賭。這次飛行驗證了將來火星飛行探測器的可行性，甚至為未來火星宇航員使用無人機打下基礎。

機智號的設計飛行計劃是，在30個火星日（31個地球日）的實驗窗口進行至少一次飛行。但他們實際想達成的遠不止如此。在接下來的飛行中，機智號將繼續(xù)依靠太陽能板充電。第二次飛行將會飛到5米高，平移幾米距離，飛行90秒后降落。第三次飛行則會測試機智號的飛行性能極限，最多飛到50米外再返回。第四、第五次飛行則依靠之前飛行獲得的數(shù)據(jù)決定。每次飛行，毅力號都會將它的鏡頭對準它在機智號，提供更多機智號在火星上的飛行照片。毅力號還會在機智號飛行過程中嘗試錄音，如果可能的話，甚至會拍一兩段視頻。

未來機智號在火星表面飛行的想象動畫（圖片來源：NASA）

NASA一直以探索者自居，他們一直在思考如何在大眾中更好地傳播科學知識，讓所有人都能參與宇宙探索，毅力號和機智號自然也是他們不會放過的重要機會。毅力號、機智號的裝配全程其實一直都在網(wǎng)上直播。毅力號上還附帶了一塊刻有10932295名網(wǎng)友姓名的硅片，一些我們的讀者朋友也參加了這項活動。就連毅力號著陸過程中的降落傘，都埋有彩蛋。到目前為止，毅力號任務已經(jīng)回傳并公開了3萬多張照片。

如果將目光望向更長遠的未來，機智號的起飛應該算得上人類對外星球探測中，一個不大不小的里程碑。面對今天的機智號，我們難以想象一百年后人類還能達成怎樣的成就。但有一點可以肯定，面對未知，人類探索的腳步永遠不會停歇。

參考鏈接：

https://mars./files/mars2020/MarsHelicopterIngenuity_FactSheet.pdf

https://mars./resources/25530/mars-helicopter-ingenuity-landing-press-kit/