背景介紹

機智號于2020年7月30日搭載毅力號火星車從地球發射升空，今年2月成功抵達火星軌道。此后，這架直升機隨同火星車降落在火星表面，展開太陽能電池板為自己供電，并為11日的首次試飛做準備。然而，在旋翼測試過程中，機載計算機發生了故障。

故障發生在直升機試圖從“飛行前模式”切換到“飛行模式”時。NASA表示，有必要進行軟件更新來解決這個問題。該機構現在必須開發、測試新軟件，并將其上傳到飛行控制器上。然后，任務團隊必須重新啟動機智號，以繼續按照原定計劃測試。

軟件故障推遲了機智號的首次短暫試飛。NASA計劃是讓這架直升機升空3米左右，盤旋大約30秒鐘，然后安全降落在適當的位置。對于地球上的無人機來說，這是非常容易完成的任務，但在距離地球超過1.6億公里的紅色星球上，這將是一項具有挑戰性的壯舉。

火星大氣層比地球的稀薄約100倍，這使得飛行器的起飛和飛行變得更加困難。為了解決這個問題，機智號的旋翼轉速需要達到每分鐘2500轉，這比地球上的載客直升機快得多。此外，由于火星距離地球太遠，信號延遲時間過長，通過地球遙控測試顯然不現實。為此，整個測試過程必須能夠自動進行。

NASA希望機智號在30天內進行五次空中演示，而且每次都要比前一次更具挑戰性。第一步是證明機智號可以飛行，最終是測試它能飛多遠。機智號的目標是增加NASA探索其他行星的方式。

NASA機智號火星直升機項目主管戴夫·拉弗里(Dave Lavery)說：“當我們探索火星表面時，我們可能會發現，對于火星車來說，地形太危險、距離太遠或范圍太大，無法有效或高效地完成這項工作，機智號或許可以彌補這些缺陷?！?/p>

一旦確定新的試飛日期，NASA計劃提前將機智號的飛行計劃傳送到火星，等待直升機重啟并執行預定任務，并發回有關其性能的信息。（小?。?/p>

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47222美元1克的機智號直升機，起飛等于成功，在火星飛行有多難？

為了配合“火星2020”探索任務，美國航天局的噴氣推進實驗室打造了一架無人直升機，它只有1.8公斤重，卻總共花掉了8500萬美元，相當于每克重量耗資47222美元！考慮到國際金價是61.66美元/克，這架名叫“機智號”的小飛機每克價格達到黃金的766倍，說它是“史上最貴”應該不會有人反對吧。

火星直升機機智號

如此昂貴的小飛機，它肩負著什么樣的科學使命呢？NASA對它的期待很簡單，三個字：飛起來。

任務是如此地簡單，“機智號”上沒有攜帶任何的科學設備，只裝了兩個攝像頭和一個低帶寬的無線傳輸設備，負責在1公里以內把飛行過程的照片傳給火星車。當然了，由于火星距離地球太遠，電磁波一來一回至少需要十幾分鐘，從地面遙控無人機飛行不太現實，因此“機智號”會按照地面設定的程序，再根據傳感器的數據“自主”飛行。

飛行模擬動畫

有朋友說，NASA傻呀！不就是飛起來么，用大疆分分鐘搞定，1萬塊錢不到的事。你別說，用大疆還真未必行，因為火星跟地球的環境完全不一樣。

火星半徑大約是地球的一半，平均密度也小于地球，所以火星表面的重力很低，一個體重100斤的漂亮姑娘要是去到火星稱重，她大約只有38斤。也就是說，地面上1.8公斤的“機智號”，在火星表面只需要0.68公斤的推力（差不多是電風扇三檔風）就能飛起來。是不是很容易？

在火星啟動測試成功

但是且慢！你可能不知道火星大氣極度稀薄，表面大氣壓力只有地球海平面的0.6%，電風扇開三檔好比你打了個哈欠?；鹦强諝獠畈欢嘞喈斢诘厍?4公里高度的空氣密度，在地球上只有一架飛機能飛到這么高，1977年前蘇聯的米格-25曾短暫地沖上37650米高度，排名第二的美國“黑鳥”升限是26600米。34公里已經接近真空了，直升飛機那是想都別想。

米格-25與“黑鳥”

這么看起來，“機智號”想在火星上飛起來還真是不容易。

別看火星直升機身板兒小，總重量只有1.8公斤，但噴氣推進實驗室卻給它配了兩對“巨大”的碳纖維螺旋槳，旋轉起來直徑達到1.2米；為了能飛起來，螺旋槳的轉速要達到2400轉/分鐘，翼梢速度接近0.7馬赫。你可能會說，2400轉不快呀，但相對于這么大的螺旋槳和如此輕的重量，要做到精準可控，還是有點難的。

機智號

“機智號”采用了共軸雙槳的推進方式，也就是說它的兩副螺旋槳是上下重疊，下邊的螺旋槳順時針旋轉，上邊的逆時針轉動，跟我們平常見到的大多數直升飛機不同。這又是為什么呢？

我們常見的直升飛機大多頂著個主旋翼，在尾巴上還豎著裝一個尾槳。主旋翼在旋轉的時候會推動空氣，空氣的反作用力在旋翼上產生一個反向扭矩，旋翼逆時針旋轉時，機身就會順時針轉動，這是很危險的，會造成飛機失控。我們在直升機的尾巴上也安裝一個螺旋槳，讓它向左吹風，通過推力來補償機身的扭矩，就能達到控制方向的效果。

直升機力學簡圖

大多數直升飛機都采用這種方式，是因為它結構很簡單，不需要太過復雜的機械構件，可靠性也更高。但它的機械效率比較低，因為大量的能量被用來抵消扭力而不是用來產生升力。

1754年，俄羅斯科學家發明了同軸雙槳直升機，它將一對反向旋轉的螺旋槳裝在同一個軸上，當兩個螺旋槳的轉速相同時，它們產生的扭矩會相互抵消，因此機身可以保持方向，不需要尾槳來糾偏。

共軸雙槳直升機不需要尾槳糾偏

同軸雙槳直升機的好處顯而易見，它顯著提升了螺旋槳的升力，輸出功率穩定、飛行過程中葉片振動小、同時降低了后退葉片失速現象。它的不足之處就是旋轉部件的結構復雜，并且由于葉片間氣流擾動的關系，兩對槳葉相加的推力只比一對槳葉多15%，不是我們想象的1+1=2的關系。

機智號啟動模擬動畫

“機智號”配備了一組2Ah的索尼鋰電池，只能供小飛機飛最多90秒和大約50米距離，完了它必須停下來利用太陽能充電?；鹦潜砻婀庹杖?，充電時間可能會很長。

NASA在太空探索上面花錢向來都是不眨眼，一輛“毅力號”火星車耗資27.25億美元，花8500萬做一架小飛機——盡管它的任務只是飛起來拍個短視頻，那也在情理之中，畢竟這是在火星上的第一次飛行。

可能下次咱們天問二號訪問火星也會帶架飛機上去，當然，價錢肯定不會這么貴，像“機智號”這樣的，85萬美元一架恐怕都有人罵“敗家”吧！

誰知道呢？

總結

以上是生活随笔為你收集整理的美国“机智”号火星直升机已经完成首飞的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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