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机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行

 小狐 • 2021-04-06 10:32  来源:互联网  E216

2021年2月19日,毅力号火星探测器成功降落在火星表面,其相机拍摄的火星照片已经传回地球。值得注意的是,毅力号火星探测器还携带名为机智号的火星直升机。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图1)

火星表面上的机智号直升机概念图

机智号直升机是人类派往外星球的第一架直升机,它将进行一次开创性尝试。目前,机智号正附着在毅力号腹部,它的防护罩刚被抛离,露出真面目。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图2)

安装在毅力号底部的机智号直升机

机智号火星直升机史无前例,处在一个摸索阶段。如果一切顺利,将完成以下几个人类探索太空的里程碑:第一,完好无损的抵达火星并安全着陆;第二,成功的从火星车上转移到火星地面;第三,在火星寒冷的夜晚实现温度的自主调整;第四,自行利用位于旋翼上的太阳板进行充电;第五,通过火星车上的直升机基地与直升机自动完成信息的相互传输。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图3)

机智号火星直升机整体结构是由一副共轴反转的螺旋桨、4个支架式起落支撑装置、14厘米边长的仪器舱,顶部的一个太阳能电池板组成,并采用高通Snapdragon Flight平台作为其计算机的核心,包括一颗四核CPU、一颗GPU和一个5500万像素俯视图像信号处理器。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图4)

机智号火星直升机的尺寸很小,螺旋桨直径为1.2米,机高0.8米,旋翼直径超出机身仪器舱长度。总质量为1.8公斤,共轴螺旋桨转速为每分钟2400转,桨尖速度小于0.7马赫,最大飞行距离为300米,无线电控制范围为1公里,最大飞行高度仅为5米,最大水平飞行速度为每秒10米,垂直速度为每秒3米。每次起飞到着落,持续时间仅为90秒。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图5)

虽然火星的表面引力只有地球的三分之一,从这点看有利于飞行器飞行,但是火星的气压只有地球气压的1%,空气非常稀薄,因此要求螺旋桨转动更加快速才行。火星表面的温度区间为零下90摄氏度,有些地区还会更冷,这对于航空器而言是个灾难。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图6)

飞机起飞的原理是依靠机翼上下表面的压力差获得升力,火星大气密度极低,说明其飞行环境非常恶劣。同时,火星的引力只有地球的三分之一,这对降落、悬停提出了更高的要求。综合评判,机智号直升机在火星表面的飞行环境相当于3万米高度的大气,这是目前地球上直升机飞行高度的2倍以上。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图7)

机智号直升机在稀薄的火星大气中飞行,与地球飞行器一样遵循相同的物理规律,也必须满足相同的三个基本条件:升力等于重力、推力等于阻力、稳定可控。火星直升机依靠独特的旋翼满足上述三个条件。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图8)

机智号火星直升机有上下两副旋翼,共用一个旋转轴。上下旋翼的旋转方向是相反的,这样可以抵消力矩,让直升机获得平衡。采用共轴反转设计,大大降低了直升机自身的质量。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图9)

与传统直升机相比,机智号火星直升机旋翼的独特性有四条:

低Re数高效旋翼翼型气动设计。

高转速旋翼气动设计。

共轴刚性旋翼气动设计。

共轴刚性旋翼控制设计。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图10)

调试机智号直升机

机智号火星直升机依靠顶部的太阳能板进行充电,电能储存在锂离子电池中。充电一天,大概能够飞行90秒,同时安装有一个彩色相机和一个黑白相机。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图11)

这架直升机无法直接和地球联络,要通过毅力号火星探测器进行信息接力传输,因此,不能飞离毅力号太远,最远航程仅300米,最远通讯距离为1公里。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图12)

NASA工程师将机智号直升机安装在毅力号火星探测器的腹部,并由一个防护罩保护,在下降过程中免受损坏。当毅力号着陆火星并抵达合适的地点,机智号直升机的防护罩首先会脱落,解锁释放,将直升机放正,直升机桨叶朝上,着陆腿朝下,解锁着陆腿,之后将直升机放置火星表面。

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图13)

机智号火星直升机史无前例,可靠的飞行(图14)

机智号火星直升机比轨道上的人造卫星分辨率更高,而且比火星车更加灵活,机动性更强。一旦飞行成功,将为未来火星探测增加了全新的方式。

本文相关词条概念解析:

火星

火星(Mars)是太阳系八大行星之一,天文符号是♂,是太阳系由内往外数的第四颗行星,属于类地行星,直径约为地球的53%,自转轴倾角、自转周期均与地球相近,公转一周约为地球公转时间的两倍。在西方称为“战神玛尔斯”.

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